En Advanced Mineral Processing, S.L. (AMP), tuvimos el orgullo de ser elegidos de entre varias empresas internacionales para llevar a cabo los estudios y trabajos correspondientes a la elaboración de una Ingeniería Básica y Estudio de Viabilidad, para el desarrollo del proyecto de una planta de beneficio de mineral de cerusita (PbCO3), para un importante grupo minero junior del norte de áfrica.

Luis Felipe Ruiz Núñez, CEO de Advanced Mineral Processing, S.L.

El proyecto se basa en un antiguo depósito explotado en los años 60 que, en el momento de la adquisición del mismo, por parte de este grupo minero, su actividad se encontraba paralizada y las instalaciones industriales y de proceso desmanteladas. Significa, por tanto, que se trata en toda su amplitud, del arranque de un proyecto desde cero; lo que podríamos denominar un “Green Field”.

ANTECEDENTES DEL PROYECTO
Para el completo desarrollo, en primer lugar, de la ingeniería de proceso, se realizaron intensas campañas de muestreo en todo el yacimiento con el fin de obtener muestras suficientes para poder realizar la ingeniería preliminar de proceso. Para este fin, se contó con la colaboración de una compañía local, que llevó a cabo ciertos ensayos mineralúrgicos, y en particular los que se centraban en las etapas de flotación. En global, con las muestras obtenidas del yacimiento se llevaron a cabo los siguientes ensayos de proceso:

1. Análisis mineralógicos.
2. Análisis químicos.
3. Estudio de liberación del mineral.
4. Ensayos de Flotación.
5. Determinación del Work-Index de Bond.
6. Determinación de la velocidad de sedimentación.
7. Determinación de la superficie específica de filtración.

BREVE RESUMEN DE LOS PRINCIPALES RESULTADOS
1. Análisis mineralógicos
Desde el punto de vista mineralógico, la caracterización principal del mineral es la que se recoge a continuación:

1. Los portadores principales de plomo identificados son la cerusita (mayoritaria) y la galena en menor medida.
2. La galena se encuentra principalmente en inclusiones o mezclada con cerusita.
3. La ganga está compuesta principalmente de cuarzo.
4. La cerusita se presenta principalmente en forma de granos en estado mixto o con minerales de la ganga, especialmente silicatos, barita, cuarzo y fluorita.
5. 5. El tamaño de los granos de cerusita mezclados con minerales de ganga varía de 10 a 80 μm.

2. Análisis químicos
Los resultados del análisis químico realizado por medio de la técnica de ICP/AES, muestran una predominancia de silicio (equivalente al 69% de SiO2), aluminio (equivalente a 10% Al2O3) y hierro (equivalente a 1,2% Fe2O3). El contenido en plomo es del 2,3%, siendo el contenido de Ag de 4,5 ppm y, finalmente, el contenido de azufre es del 0,8%.

La siguiente tabla presenta el resultado de los análisis de los elementos químicos fundamentales:

El cálculo semicuantitativo de las diferentes especies minerales presentes en esta muestra se evalúa mediante una conciliación del contenido de elementos químicos e identificaciones mineralógicas de minerales.

La siguiente tabla presenta estos resultados, siempre aproximados y semicuantitativos:

3. Estudio de liberación del mineral
A través de la utilización de microscopía electrónica de barrido de las muestras de origen, se obtiene una muy buena caracterización del mineral y de su estado de liberación.

Los minerales que componen esta muestra son principalmente:

- Cerusita: que se identifica en granos masivos y cuyo tamaño de grano puede alcanzar las 500 μm.

- Mediante una molienda de la muestra de origen a 2 mm, se constata que la cerusita se encuentra casi totalmente liberada a tamaños de 200-250 μm.

- La cerusita también está asociada con minerales de silicato intersticial como la ortoclasa y cuarzo. En algunos casos, la cerusita puede aparecer en granos fibrosos en el relleno de juntas de cuarzo y otros silicatos.

- La barita identificada está presente en granos dispersos en la cerusita.

- La Galena se identifica principalmente en cerusita con tamaños de grano inferiores a 50 μm.

- La Galena también se encuentra como una inclusión en la barita.

4. Ensayos de Flotación
Se realizaron diferentes tandas de ensayos de flotación, cambiando en cada una de ellas el esquema de recirculación, el número de pasos en cada etapa, los reactivos utilizados y los tiempos de residencia en cada etapa. Tras llevar a cabo todos estos diferentes ensayos, evaluando la cinética de la operación y los resultados finales obtenidos, se obtuvo que el mejor esquema de flotación sería el que se recoge en esta página.

Con la implantación de este circuito de flotación se obtendría una recuperación total de mineral del 95% con una ley efectiva de mineral de casi el 75%.

En comparación con los datos existentes de La antigua operación minera, la recuperación de mineral se incrementaría en cerca de un 8% y la ley del mineral en más de un 3%. Este salto cuantitativo significa una importante mejora en la operación con el consecuente incremento de la rentabilidad de la explotación.

5. Determinación del Work-Index de Bond
Una muestra mezcla procedente del yacimiento; para conseguir la mayor representatividad del depósito, se tamizó a 3,35 mm, como marca la norma para la realización de este ensayo. Una vez seca y adecuadamente homogeneizada, se realizó una caracterización granulométrica, presentado la siguiente curva:

Dado que el valor de referencia para la liberación del mineral se sitúa en los 250 μm, el ensayo de Bond se ajustó a ese valor final objetivo.

Los datos iniciales para el desarrollo de este ensayo son los que se recogen a continuación:

1. Alimentación inicial (peso 700 cm³): 1212,7 g.
2. Peso de finos en el equilibrio: Peq = 346,5 g.
3. D₈₀ de la alimentación inicial: F₈₀ = 1.872 μm.
4. Tamiz de corte: P₁₀₀ = 250 μm.

Con todo ello, y tras completar el ensayo de Bond, el P80 obtenido fue de 199 μm. Aplicando las ecuaciones de Bond, para el cálculo del Work Index de molienda, se obtiene un valor para este índice de 13,72 kWh/t.

6. Determinación de la velocidad de sedimentación
Para esta operación en particular, el cliente decidió que los estériles no se tratarían en un circuito al uso de floculación-sedimentación y posterior filtración. Estos estériles de flotación se enviarían directamente a una balsa de decantación de la cual recuperarían el agua sobrenadante; como agua de recirculación al proceso, y únicamente el concentrado sería el producto que se sedimentaria y filtraría para su posterior expedición.

Una peculiaridad concreta de este proceso es que el concentrado no admite la incorporación de floculantes, por lo que, como es bien sabido, en estas condiciones las velocidades de sedimentación se reducen de manera drástica. La gran ventaja es que el tonelaje de sólidos procedentes de la corriente de concentrado final a sedimentar es muy bajo, por lo que no será necesario incorporar un tanque-espesador de muy elevadas dimensiones.

Las velocidades de sedimentación que se han determinado para este mineral han arrojado datos entre 0,08 y 1,1 m/h. Para el diseño de los equipos involucrados en la etapa de sedimentación del concentrado se toma el valor más desfavorable.

7. Determinación de la superficie específica de filtración
A partir de la batería de resultados reales del proceso de filtración que se tenían de la operación anterior en la mina, se realizó un escalado de los mismos para determinar la superficie específica de filtración requerida para este producto final, y de acuerdo a la concentración de alimentación de la pulpa del concentrado y del comportamiento de este. En este sentido, se recogieron valores de superficie específica de 0,12-0,14 t/m2. Para el caso que nos ocupa, representaría una superficie de filtración requerida de 20 m2. La humedad final promedio de la torta filtrada se situaría entre el 7 y el 10%.

Estos datos finales significan una situación muy favorable desde el punto de vista del acondicionamiento final, transporte del concentrado y los ulteriores procesos de transformación del mineral. Aun así, se estudió la posible incorporación de una etapa de secado final para reducir el contenido de humedad del concentrado producido, incrementado de esta manera el rendimiento del transporte y para mejorar las posteriores etapas de tratamiento del concentrado en su destino final.

Tras los cálculos realizados y el estudio de las requisiciones de los clientes finales, se decidió que esta etapa de secado no aportaría una rentabilidad adicional.

DESARROLLO DEL DIAGRAMA DE FLUJO DE LA PLANTA COMPLETA DE PROCESO

Una vez conocidos todos los datos y parámetros de operación de todas las fases y etapas del proceso, se estuvo en condiciones de poder desarrollar el diagrama de flujo completo de la planta. Éste, básicamente estaría formado por una etapa primaria de trituración y cribado, y una posterior etapa de beneficio compuesta por una etapa de molienda fina y la subsiguiente etapa de flotación. Esta segunda área de beneficio se completaría con las necesarias instalaciones de preparación de reactivos, clasificación con hidrociclones, sedimentación y ulterior filtración.

La configuración de la operación de la planta, determinada por el cliente, se refiere a un trabajo en el área de trituración de 16 h/d durante 6 días a la semana, según demanda, mientras que en el área de beneficio en sí: molienda y flotación, se operaría a razón de 24 h/d, los 7 días de la semana. Se prevé siempre contar con un estocaje de seguridad en el área de trituración para asegurar, al menos, 2 días de trabajo completos en el área de molienda y flotación, por lo que, en el sexto día de trituración, las horas de trabajo podrían verse reducidas desde 16 a 8 horas, o incluso, y por motivos de disponibilidad de la planta de trituración, aumentar a un séptimo día operación en esta área primaria.

Se debe entender que la previsión de explotación del yacimiento es por medio de voladura, en la que se obtendrán tamaños máximos de hasta 350-380 mm, mientras que, el F80 previsto para la flotación es de 250 μm. El área de trituración tendrá un tamaño limitante de 350-360 mm de entrada al triturador primario, por lo que el sobre tamaño (>350 mm) se retiraría del proceso, parar su posterior conminución por otros medios y antes de su incorporarlo de nuevo al proceso.

La capacidad nominal de alimentación prevista para el área de trituración es de 105 t/h del todo uno, que supone una alimentación real neta al área de trituración de 100 t/h. La instalación se ha dimensionado para una capacidad total máxima de diseño de 115 t/h.

A continuación, se recoge el diagrama de flujo diseñado para el área de trituración y cribado.

Esta área primaria de proceso se compondría de una machacadora de mandíbulas para la primera trituración para conseguir un material de entre 190-200 mm; material que alimentaría a un triturador secundario de cono y finamente a un triturador del tipo VSI para obtener el tamaño final requerido de 8 mm.

Para la retirada de los mayores de 350 mm en la alimentación, se ha previsto una rejilla fija en la boca de la tolva con vibradores para evitar su colmatación.

Por otro lado, la tolva se equipa en su salida, con precribador para retirar los tamaños <70 mm naturales y con ello, reducir la carga sobre la machacadora.

El circuito se ha concebido con una sola criba que recibe tanto el material obtenido en el triturador secundario como del terciario y, a su vez, la recirculación se ha diseñado del tal modo que, la carga circulante de la criba se podría dirigir indistintamente tanto a la tolva del triturador secundario como a la del terciario, o a ambas. De esta manera, se gana mucha flexibilidad en el circuito, además de conseguir un mejor balance de cargas en las etapas secundaria y terciaria.

El tamaño final para el material triturado se ha establecido en 8 mm. Se determinó este tamaño después de realizar diferentes cálculos y estudios de diferentes escenarios, con el fin de obtener el mejor balance Capex-Opex del conjunto circuito de trituración y molienda.

El área posterior al de trituración: etapas de molienda y flotación, se alimentará desde el circuito primario a partir del estocaje intermedio previsto al final de esta área. Después de estudiar varias alternativas para este almacenamiento intermedio del material triturado, el operador se decidió por la incorporación de 2 silos con doble seno cada uno de ellos, y con una capacidad total cada uno de 400 m3 totales. La extracción del material triturado se realizaría a través de alimentadores de banda individuales que descargarían sobre cinta de recolección principal y posteriormente sobre cinta transportadora para la alimentación al molino de bolas, incluido ya en el área de beneficio en sí del mineral.

La tarea de molienda prevista para este molino se establece desde un F₈₀ = 8 mm; procedente de la trituración y hasta un P₈₀ final de 250 μm. El molino de bolas, uno de los equipos fundamentales de la planta, se calculó para una capacidad máxima de diseño de 52 t/h. El molino de bolas que se calculó y dimensionó es una unidad de Ø2,6 x 4,75 m y con una potencia total instalada de 450 kW.

El diagrama de flujo estudiado, calculado y elaborado para esta segunda área de proceso es el que se recoge a continuación.

El circuito cerrado de molienda se establece instalando un hidrociclón de fondo plano para conseguir el corte buscado, correspondiente a un P₈₀ de 250 μm, con el que se alimentaría la etapa posterior de flotación. Dada la dilución de la pulpa obtenida por el rebose del hidrociclón del circuito de molienda, que contendría el producto clasificado, es superior a la necesaria para alimentar el circuito de flotación. Para ello se prevé la instalación de un distribuidor de hidrociclones configurado para realizar un corte muy extremo y, con ello, no perder finos con los que alimentar la flotación. Aun así, el rebose de este distribuidor, que contendía un tonelaje muy reducido, se utilizaría para la necesaria dilución de la pulpa a la salida del molino y su posterior bombeo al hidrociclón del circuito cerrado de molienda. De este modo, además, se conseguirá asegurar que no existan pérdida de finos con alto contenido de mineral recuperable y, a su vez, se controla de manera precisa la concentración de alimentación a la flotación, dado que parte de ese flujo del rebose del distribuidor de hidrociclones se conduce al primer acondicionador para este fin.

El proceso de flotación previsto reproduce exactamente el circuito ya ensayado, con el que se obtiene el mayor rendimiento de recuperación y la mayor riqueza de concentrado final. Se trata de continuas fases de repaso del preconcentrado obtenido en las etapas previas de desbaste y barrido, y una etapa final para la limpieza y refino del concentrado final. A su vez, los materiales deprimidos en cada fase de flotación se recircularían a la etapa previa para su mejor y más completo aprovechamiento.

Se completa esta área de molienda y flotación con una etapa de sedimentación y filtración del concentrado final, para su posterior almacenamiento y expedición. Para la etapa de sedimentación del concentrado final, ya se indicó que no se podría añadir floculante, por su posible interferencia con los posteriores procesos de transformación final del concentrado; sin embargo, en esta área se ha previsto la inclusión de un equipo de preparación de reactivo, para el caso en el que fuera necesario añadir algún tipo de coagulante, clarificante, espesante o incluso un tipo de floculante a estudio que fuera compatible con los posteriores procesos del cliente final. Por su lado, los estériles retirados en el proceso de flotación se enviarían a balsas de decantación, en las cuales, a través de la adición de floculante, se conseguiría la sedimentación de los sólidos estériles y, por otra parte, la recuperación del agua que se recircularía al proceso.

IMPLANTACIÓN GENERAL
Una vez completado el diagrama de flujo de la planta completa de proceso y desarrollada la ingeniería mecánica completa y el cálculo y dimensionamiento de todos los equipos involucrados, se elaboraron los planos de implantación de cada una de las áreas y con ello, y en función de la disponibilidad real de espacios en la superficie en el que se instalaría la planta, se pudo establecer un lay-out de latotalidad de la instalación.

A continuación, se recoge el plano de implantación correspondiente al área de trituración:

Dada la disposición del terreno en el que se ubicaría la planta, se decide optar por una configuración en línea, en vez de a 90º o incluso a 180º; con la posibilidad de retorno de materiales y agrupación de subáreas de proceso. Los silos de almacenamiento del material triturado se dispondrían al final del área de trituración, con la orientación de los senos de descarga colocados a 90º del flujo del material. La cinta que transporta el material triturado hasta la cumbre de los silos descarga sobre un repartidor horizontal para distribuir el material a uno u otro silo, según fuera su grado de llenado. Por otro lado, los extractores de banda se instalarían en las bocas de descarga de los silos de manera contrapeada; de tal manera que puedan descargar en la cinta recolectora sin interferencias entre ellos y en un área total muy reducida. Se previeron un total de 4 extractores de banda, con el fin de asegurar en todo momento una descarga y posterior alimentación a la siguiente etapa de proceso, continua y controlada.

Por otro lado, la implantación del área de molienda y flotación presentaba una problemática mayor que la previa de trituración, dado que, además de que la operación del área de molienda y flotación es en vía húmeda, el elenco de equipos es mucho mayor y alguno de ellos, como el molino de bolas, de un elevado volumen. Por otro lado, el concepto de la planta de molienda y flotación se basa en todo momento en minimizar los bombeos, para reducir consumos eléctricos y costes de mantenimiento excesivos.

Es por ello que se optó por una disposición en vertical, sobre todo para la sección de flotación, en la que se aprovecha la gravedad para el trasvase de pulpas entre algunas etapas.

La implantación estudiada y prevista para esta área de molienda y flotación es la que se recoge a continuación:

Tanto la molienda como la flotación se ubican en el interior de la nave y en la parte central de esta. Junto al molino se previó un espacio suficiente para la posible incorporación de un segundo molino.

En el interior de la nave se prevé la ubicación, en áreas separadas, tanto de la sala de preparación, almacenamiento y dosificación de reactivos, y un espacio para un pequeño taller, en el que, además, se almacenaría el utillaje y las piezas de ajuste y recambio necesarias para la operación.

Por otro lado, la etapa de sedimentación y filtración de concentrado se ubicarían en el exterior de la nave, junto con la sala que contendría el equipo de preparación de un posible reactivo para la sedimentación.

La implantación completa y general de toda la planta objeto de este proyecto es la que se recoge a continuación y en la que, como se indicó líneas atrás, el área de molienda y flotación se emplazaría formando 90º con la instalación de trituración, tal y como se recoge en el plano de implantación general siguiente:

La ejecución de los planos de implantación para cada área de proceso, así como la la implantación general completa, se completó con la realización de los pertinentes cálculos de las cargas de todas las estructuras de soporte de equipos e instalaciones, así como de aquellos equipos autoportantes, y siempre teniendo en cuenta las condiciones del emplazamiento final. Toda esta información se recogió en un documento completo incluyendo igualmente el plano de huellas detallado de la planta completa de proceso.

DATOS GENERALES DE LA PLANTA COMPLETA DE PROCESO
En lo que se refiere a los datos principales de la instalación completa de proceso, a continuación, se recogen los parámetros generales de la operación.

- Potencia rotal instalada: 1.386 kW.

• Potencia instalada en el área de trituración y cribado: 452 kW.
• Potencia instalada en el área de molienda y flotación: 934 kW.

- Consumo nominal total de la instalación: 968 kWh.

• Consumo eléctrico nominal del área de trituración cribado: 340 kWh.
• Consumo eléctrico nominal del área de molienda y flotación: 628 kWh.

- Consumo de agua fresca para toda la instalación: 74 m³/h.

- Consumo de reactivos:

• Na2SiO3: 1 104 kg/d.
• NaHS: 359 kg/d.
• AXK: 39 kg/d.
• MIBC: 39 kg/d.
• Floculante: 35 kg/d.

- Área total ocupada por la instalación: 6.200 m².

• Área ocupada por la planta de trituración y cribado: 3.950 m².
• Área ocupada por la planta de molienda y flotación: 2.250 m².

RESUMEN FINAL Y PRÓXIMAS ETAPAS
El proyecto presentado supone, desde el punto de vista local, un gran impulso en la industria de la minería y sobre todo para un mineral como la cerusita. Obviamente, el interés del proyecto se basa en la actual demanda de este metal para diversas industrias, dentro de los nuevos requerimientos mundiales en lo que a consumo de este tipo de materia prima se refiere.

Elaborado y desarrollado el Plan de Viabilidad del proyecto, en función de los cálculos realizados y teniendo en cuenta las condiciones actuales del mercado, el proyecto tendría una elevada rentabilidad con un periodo aproximado de recuperación de la inversión (conservador) de entre 5 y 6 años.

En estos momentos, el proyecto se encuentra en la etapa de evaluación de compras, donde se espera que las fases de negociación para la adquisición de las unidades con mayores plazos de entrega se inicien de inmediato. En paralelo, y tal y como se previó en el cronograma del proyecto, elaborado como parte de este trabajo de ingeniería básica y estudio de viabilidad, se pondrá en marcha la fase de ingeniería de detalle. Con todo ello, esperamos que en unos meses podamos lanzar un artículo exponiendo los avances de este singular y atractivo proyecto.

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