Para Bombear Relaves

Uno de los mayores desafíos ambientales que afronta el sector minero es la gestión adecuada de los relaves, residuos masivos que genera la principal actividad económica de nuestro país.

El Servicio Nacional de Geología y Minería los define como "un sólido finamente molido, que se descarta en operaciones mineras". Luego, expone: "La minería de sulfuros de cobre extrae grandes cantidades de material (roca) del yacimiento que se explota. Sólo una pequeña fracción corresponde al elemento de interés económico que se desea recuperar (algo menos de 1%). Una vez que ese material (la roca) ha sido finamente molido y concentrado por procesos de flotación, se obtiene un material con una concentración más alta de cobre (entre 20 y 30%), que se puede vender como concentrado o procesar hasta cobre metálico puro. El resto del material (muy pobre en cobre) se denomina 'relave', y se debe depositar de forma segura y ambientalmente responsable".

Para cumplir con esto último, las empresas construyen depósitos, generalmente a varios kilómetros de las faenas mineras, a los cuales se deben trasladar estos residuos que mezclan componentes sólidos y líquidos. Esta labor requiere sistemas de bombeo confiables que cuenten con equipos y componentes capaces de transportarlos de manera segura y eficiente.

A continuación, revisamos las condiciones que debieran cumplir y algunas recomendaciones para optimizar su funcionamiento.

Fluido Complejo

"El bombeo de relaves es un tema complejo de resolver si no se conocen todas las condiciones de operación. Se deben considerar factores como porcentaje de sólidos, tamaño de sólidos, tipo de sólidos, gravedad específica, velocidades de sedimentación, viscosidad, entre otros".

Así lo advierte Felipe Rochefort, key account manager de la División Manejo de Fluidos en Soltex, empresa que provee unidades de bombeo integradas, válvulas y accesorios para el desarrollo de estos sistemas de impulsión.

En ese contexto, el especialista añade que, para determinar el tipo de bomba a utilizar, además de conocer las condiciones físicas del relave es necesario tener en cuenta las condiciones de operación (caudal y presión).

"Si tenemos un relave de bajo porcentaje de sólidos (menor a 40%) y baja presión de descarga (menos de 10 bar) lo habitual es una bomba centrífuga. Ahora bien, si el porcentaje de sólidos y la presión es mayor, la recomendación es una bomba de desplazamiento positivo del tipo pistón y doble manguera. En la eventualidad que hablemos de relaves deshidratados (filtrados) la recomendación son las bombas de pistón", detalla.

Desde una perspectiva más general, Virna Vivanco, gerente de la División Industrial de Koslan, señala que las bombas utilizadas en sistemas de relaves deben tener al menos las siguientes características:

• Ser capaces de bombear pulpas abrasivas de alta densidad manteniendo una adecuada vida útil.

• Ser capaces de transportar sólidos de gran diámetro.

• Ser capaces de manejar el aire atrapado y/o los fluidos viscosos con confiabilidad y correcciones mínimas en su performance.

Para determinar el tipo de bomba a usar se deben tener en cuenta las características del relave y las condiciones de operación.

Y con respecto al tipo de bombas más convenientes, coincide en gran medida con lo señalado anteriormente: "Es posible utilizar bombas centrífugas horizontales, verticales y sumergibles, fabricadas con y sin Liner (Aleación Alto Cromo o Elastomérico), dependiendo de la concentración, diámetro y geometría de los sólidos, además de las propiedades del líquido de transporte para determinar si aparte de abrasión, pueda existir corrosión (verificar pH para la correcta selección de materiales). En algunos casos, cuando el sistema sea de alta presión y alta concentración de sólidos, será necesario utilizar bombas de desplazamiento positivo".

Válvulas

¿Qué tipo de válvulas y con qué características se recomienda utilizar en los sistemas de bombeo de relaves?

Virna Vivanco indica que, normalmente, para esta aplicación se aconseja emplear válvulas de bola para servicio severo (servicio on-off y control de flujo, manuales o actuadas); de guillotina o cuchillo (servicio on-off, manuales o actuadas); y tipo pinch (control de flujo, manuales o actuadas).

A su vez, Felipe Rochefort detalla otros aspectos a tener en cuenta: "Para las zonas de baja presión se deben utilizar las válvulas de cuchillo del tipo pasante. Para las zonas de alta presión se deben utilizar válvulas de bola metal-metal (bola y asiento metálico) con características de 'cero fugas', es decir, cuando la válvula esté cerrada no debe permitir la fuga de fluido, ya que si esto ocurre se produciría un paso de fluido abrasivo a alta presión (alta velocidad) y destrozaría el asiento y bola de la válvula, generando un surco".

En relación a esto último, el profesional de Soltex explica que algunas válvulas denominadas "cero fuga", en realidad no lo son. Y que este contrasentido se da porque este concepto se asocia al cumplimiento de normas, como la FCI 70-2, lo que en la práctica no garantiza totalmente esta condición. "Existen unos pocos fabricantes que han desarrollado sus productos bajo normas aún más exigentes –como la ISO 5208 Rate A– para asegurar que son realmente cero fuga absoluta y que son las que dan total confianza", advierte.

Tuberías

Otro componente fundamental en estos sistemas de bombeo son las tuberías que se usan para conducir los relaves mineros. Desde AGRU, empresa especialista en la fabricación de termoplásticos y fluoropolímeros que abastece de tuberías a la minería y otras industrias, comentan algunos requisitos técnicos que deben cumplir estos elementos y recomendaciones para optimizar su uso.

Francisco Pizarro, gerente general de la compañía en Brasil y Chile, indica: "Las tuberías deben estar diseñadas para las condiciones de explotación en que se encuentran generalmente en las operaciones mineras, es decir, altas variaciones térmicas (día/noche) y medios de suelo agresivos (agentes químicos y punzonamiento del subsuelo). En términos de fluidos, las tuberías deben tener una mayor resistencia a la abrasión, especialmente para medios líquidos/sólidos, por lo que se recomiendan tuberías con una capa interior anti abrasiva y capaces de ser instaladas sin cama de arena (directo sobre el terreno)".

Francisco Pizarro señala que las tuberías deben soportar las altas variaciones térmicas y medios de suelo agresivos propios de la minería.

El ejecutivo añade que para mantener la temperatura de las tuberías expuestas lo más estable y baja posible, se aconseja dotarlas de una capa exterior de color claro (blanco). "Esto reduce las variaciones de temperatura y la dilatación/contracción de las mismas, lo que también se denomina serpenteo, fenómeno que crea discontinuidades en la tubería, lo que a su vez genera vorticidades internas y por tanto una mayor abrasión", explica.

A su vez, el ingeniero de aplicaciones de AGRU, Kurt Berger, se refiere al mantenimiento de las tuberías: "Las operaciones mineras usualmente 'rotan' las tuberías para así aprovechar toda la superficie interna que se ve expuesta a abrasión. Si bien eso podría ser visto como una forma de extremar la vida útil del activo, no es en lo absoluto óptimo desde la continuidad operacional minera ya que implica extensas paradas de planta para realizar dicho procedimiento".

Agrega que para evitar esto, la compañía ha diseñado y fabricado la tubería Mineline II, la cual cuenta con una capa exterior blanca que reduce al mínimo la temperatura de la pared del tubo causada por la radiación solar. "La capa interior coextrusionada adicional resistente a la abrasión proporciona una protección duradera contra las mezclas de agua y sólidos y aumenta varias veces la vida útil en comparación con las tuberías de PE convencionales.

Estas tuberías especiales coextruidas están soldadas homogéneamente, por lo que no requieren mantenimiento", destaca.

La tubería Mineline II, de AGRU, tiene una capa exterior blanca que minimiza la temperatura de la pared del tubo.

Otras Recomendaciones

Aparte de usar los equipos y componentes apropiados, ¿qué otros aspectos técnicos conviene tomar en cuenta para optimizar el bombeo de relaves mineros?

Felipe Rochefort responde: "Lo que debemos procurar es transportar el material estéril lo más seco posible (sin agua). Lo que se busca transportar son las toneladas de estéril y no nos interesa mover agua; el agua se utiliza sólo como medio de transporte. Además, considerando las condiciones de escasez hídrica debemos tender a deshidratar lo más posible el relave y no mover agua. Esto también contribuye a un ahorro de energía por tonelada transportada".

Por su parte, a modo de resumen Virna Vivanco, concluye: "La optimización del bombeo de relaves mineros requiere de una selección adecuada de la bomba, un diseño de sistema de tuberías apropiado, el control de pH y viscosidad, monitoreo y control de presión y flujo, y un mantenimiento preventivo adecuado".

Artículo publicado en InduAmbiente 181 (marzo-abril 2023), páginas 62 a 65.