El departamento de Tecnología de procesos e innovación (PTI) de Metso ha asesorado a la Compañía Minera Antamina para aumentar la producción de su planta mediante la integración y optimización de las operaciones de fragmentación mediante voladura, trituración y molienda.

Artículo de Walter Valery y Edward Rybinski

Esta colaboración resultó tan exitosa que Antamina supera ahora de forma consistente sus exigentes objetivos de producción y, al mismo tiempo, minimiza el consumo energético por tonelada de producto en el procesamiento de minerales de cobre y cinc.

La Compañía Minera Antamina es un complejo minero polimetálico que produce concentrados de cobre y cinc como productos principales, y concentrados de molibdeno y plomo/bismuto/plata como subproductos. Antamina, situada en la zona central de los Andes peruanos, a unos 4.300 metros sobre el nivel del mar, es uno de los mayores complejos de la industria minera peruana.

La aparición de minerales más duros supuso un problema para el trabajo, pero el personal técnico y directivo de Antamina trabajo junto a Metso PTI, y tras la optimización inicial de las estrategias operativas de la mina y de la planta, la producción con el tratamiento de los minerales duros aumentó de las 2.750 t/h hasta alcanzar una media de 3.600 t/h. La aplicación continuada de la filosofía y metodología de Integración y optimización de procesos (PIO) proporcionó más mejoras y garantizó que el concentrador superase de forma continuada el objetivo de 4.400 t/h durante el procesamiento de minerales duros.

Este aumento significativo en la producción y en la optimización del sistema de producción global también mejoró significativamente la eficiencia energética del trabajo, lo cual dio como resultado un menor consumo energético por tonelada de producto.

Seguimiento del mineral utilizando el sistema SmartTagTM

EL DESAFÍO DE MINERALES MÁS DUROS

La mina de Antamina, cuya explotación se inició en 2001, había alcanzado su capacidad de diseño de 70.000 t/d después de cinco meses de funcionamiento cuando se trataban minerales de cobre (M1/M2). No obstante, surgieron algunos problemas asociados al tratamiento de minerales de cobre/cinc más duros (M4/M4A), lo cual limitó la producción de estos tipos de minerales a prácticamente la mitad de la producción anterior de M1/M2 (es decir, 2.000-2.500 t/h frente a 4.000-5.000 t/h).

Lograr producciones similares para ambos tipos de minerales se convirtió en un desafío para Antamina. Antamina acudió al servicio de Tecnología de procesos e innovación (PTI) de Metso para ayudar a aumentar la producción de estos minerales más complejos mediante la implementación de un proyecto de Integración y optimización de procesos (PIO).

El sistema de integración y optimización de procesos (PIO) de Metso implica el desarrollo de estrategias integradas de funcionamiento y control desde la mina hasta la planta para maximizar la producción, minimizar el coste total por tonelada, minimizar el consumo energético y maximizar la rentabilidad. Esta metodología utiliza una combinación de información geológica, geotécnica y cuantitativa respecto a las características petrofísicas y de trituración del mineral.

Se identifican Los diferentes tipos de mineral y se les realiza un seguimiento a lo largo de todo el proceso (desde la mina hasta la planta). Resulta crucial que los minerales que llegan a la planta se identifiquen en la mina y que se les realice un seguimiento a lo largo de todos los procesos. El sistema PTI de Metso ha desarrollado un sistema de seguimiento de mineral que recibe el nombre de SmartTag™ y que permite realizar un seguimiento de los envíos de mineral desde la mina, a través de la trituradora y, finalmente, en las plantas de molturación. Los sistemas SmartTags™ se basan en el uso de potentes transpondedores de radiofrecuencia pasiva. No disponen de una fuente de alimentación interna, por lo que pueden permanecer en depósitos y soportes ROM durante periodos de tiempo prolongados.

Para detectar las SmartTags™ hay una serie de antenas situadas en puntos críticos del proceso en el circuito de molturación; las etiquetas pueden detectarse varias veces y ofrecen información valiosa acerca de los movimientos de materiales. En concreto, hacen posible vincular los datos espaciales asociados al mineral en la mina con los datos temporales o basados en tiempo del concentrador.

Se desarrollaron estrategias integradas de funcionamiento y control específicas para el complejo para diferentes tipos de minerales con la ayuda de mediciones de campo, datos históricos, auditorías y estudios, modelos calibrados específicos del complejo, simulaciones y validaciones in situ.

Esta metodología PIO ofrece un sistema económico y rápido para aumentar la rentabilidad mediante un aumento de la producción global, un menor consumo energético, un mayor nivel de recuperación de metal y un mejor funcionamiento y estabilización de los procesos en general. Con el paso de los años se han desarrollado técnicas de medición adecuadas para el entorno de la minería; son baratas y pueden ser ejecutadas por el personal de la mina. Las estrategias integradas de funcionamiento definidas se implementan y controlan utilizando estándares establecidos, gestión de calidad y mecanismos de control para garantizar que los beneficios obtenidos se mantengan a largo plazo.

IMPLEMENTACIÓN DE LA METODOLOGÍA PIO EN ANTAMINA

El personal de Metso y de Antamina llevó a cabo una revisión minuciosa de las operaciones existentes en la mina y en los circuitos de trituración. Las fuentes de mineral se caracterizaron en dominios de estructura de rocas y resistencia con propiedades similares de capacidad de explosión y fragmentación. La implementación de diseños de explosión, QA/QC de perforación y explosión, y la fragmentación resultante se midió en controles de explosión y vibración. Estos controles permitieron el establecimiento de valores de referencia para las prácticas existentes en la mina y la definición de las limitaciones principales asociadas a estabilidad de paredes, control, dilución del mineral y aspectos medioambientales.

Se realizó un seguimiento del material extraído desde la mina y durante todo el proceso utilizando el sistema de seguimiento de mineral SmartTagTM. Se instalaron dos antenas en Antamina, una en la cinta de evacuación de la trituradora primaria y otra en la cinta de alimentación al molino SAG, permitiendo así vincular el rendimiento en la trituradora y el circuito de molturación con las características del mineral y la fragmentación por explosión medida durante las voladuras controladas.

El personal de Metso PTI y de Antamina también analizó los datos históricos, revisó las formas de funcionamiento actuales de la trituradora primaria, los circuitos de trituración SAG y molinos de bolas, y llevaron a cabo diferentes controles y estudios. Estos datos se utilizaron para desarrollar modelos matemáticos de la perforación y las voladuras, así como de las operaciones de trituración y molturación. Estos modelos específicos del complejo se vincularon y se realizaron simulaciones para identificar las estrategias de funcionamiento óptimas para el proceso completo.

Las estrategias propuestas se discutieron y analizaron detalladamente junto con el personal técnico del complejo. La estrategia integrada de funcionamiento óptima y más rentable para todo el proceso, incluyendo la mina y la planta, se implementó entonces en combinación con otras iniciativas realizadas por el personal de Antamina.

USO DE MODELOS INTEGRADOS Y SIMULACIONES

Los modelos específicos del complejo para las operaciones de voladura, trituración y molienda en Altamina se desarrollaron basándose en los datos recopilados in situ y en las muestras extraídas de la mina y de la planta antes y durante las pruebas industriales. Estos modelos se vincularon para simular el proceso completo. Los datos utilizados para estos modelos incluyen las propiedades de las rocas (resistencia y estructura), parámetros de diseño para voladuras (como carga, espaciado, columna de derivación y tipo de explosivo, cantidad, etc.), el ajuste de la trituradora primaria, las condiciones de funcionamiento del molino SAG y las condiciones del circuito del molino de bolas.

Las simulaciones de Antamina ayudaron al personal del complejo a evaluar y establecer estrategias de funcionamiento óptimas, así como a cuantificar los posibles aumentos en la producción. En las simulaciones se tuvieron en cuenta y evaluaron condiciones como los diferentes diseños para voladuras, el reglaje de la trituradora primaria, el diseño de la rejilla del molino SAG, el nivel de carga de bolas del molino SAG, las condiciones de funcionamiento del molino de bolas, los cambios en la clasificación con hidrociclones y el uso y funcionamiento de las trituradoras de material de reciclaje/guijarros.

Un equipo conjunto de Antamina y Metso analizó las estrategias derivadas más rentables y las implementó en el complejo. Tras la implementación de estas estrategias, la producción del molino SAG procesando los minerales de cobre/cinc de mayor dureza aumentó de 2.750 t/h a una media de 3.600 t/h, y la optimización del proceso general mejoró la eficiencia energética, dando como resultado un menor consumo energético por tonelada de producto.

LA MEJORA CONTINUADA OFRECE MÁS VENTAJAS

Después del éxito inicial del proyecto PIO, Antamina y Metso PTI formalizaron un contrato de asistencia técnica para perfeccionar y mejorar aún más el trabajo. Como parte del contrato, se investigaron mejoras adicionales en la fragmentación mediante voladura y su impacto en los daños por explosiones y el control de paredes.

Antamina ha conseguido una mejora continuada en la producción de la mina

Siguiendo la metodología PIO descrita anteriormente, se realizaron tres voladuras de prueba utilizando una intensidad energética superior para el mineral M4/M4A de mayor dureza y se expusieron en la planta para valorar el rendimiento del circuito de trituración.

Estas voladuras de mayor intensidad energética produjeron una fragmentación de la producción de la mina (ROM) aún más fina y, por lo tanto, una alimentación más fina para el molino SAG. La alimentación F80 para SAG (en el que el 80% del material de alimentación es más pequeño que esta referencia) se redujo a aprox. 50-60 mm en comparación con los 100-120 mm anteriores, y el porcentaje de arenas (material de -10 mm) aumentó de un 20% a un 45%.

Los picos de potencia de la trituradora primaria se redujeron significativamente durante estas campañas. Para lograr un rendimiento óptimo de los procesos posteriores con la ROM más fina, se realizaron diferentes cambios y ajustes en la trituradora y en los circuitos del SAG y del molino de bolas. El rendimiento resultante de la planta fue, de media, de 4.100 t/h para las tres voladuras de prueba, obteniéndose una producción de planta superior a las 4.500 t/h durante varias horas con estas pruebas.

La optimización de los diseños de voladuras y de los procesos posteriores para cada uno de los tipos de minerales garantizó un uso eficiente de la potencia eléctrica instalada en la planta. La energía adicional para las voladuras se compensó de sobra gracias al considerable ahorro energético en los procesos de trituración y molturación, minimizando así el consumo energético específico de toda la operación.

MÁS PRODUCCIÓN, MENOS CONSUMO ENERGÉTICO

Al inicio del proyecto, se obtenía una producción de 2.600 t/h con un consumo energético específico de 14 kWh/t. Al finalizar el proyecto, se alcanzó una producción de 4.500 t/h con un consumo energético específico de 10,5 kWh/t.

Esto supone un aumento importante en la eficiencia de recursos al reducir el impacto medioambiental total de la producción de concentrado de metal con un ahorro energético del 25% para Antamina.