Históricamente, las industrias de minerales y áridos utilizaron las tecnologías de desaguado más simples y económicas para gestionar los residuos de pulpa.
Entre estos antiguos métodos, se incluye la descarga de residuos directamente en arroyos, ríos y lagos, o el uso de superficies mineras o canteras o pozos subterráneos para su eliminación.
Durante varias décadas, se presionó a estas industrias para que eliminaran los antiguos métodos de deshecho de residuos y buscaran tecnologías de gestión de residuos más eficaces.
Como parte de las primeras mejoras respecto de las tecnologías de gestión de residuos, se introdujo la creación de piscinas o represas de lagunaje de gran tamaño destinadas a albergar los residuos de pulpa durante la vida útil de la cantera o la mina.
Reducción o eliminación de las piscinas de decantación
Durante los últimos 10 años o más, la presión para mejorar las prácticas de gestión de residuos se volvió más intensa como consecuencia de varios factores, entre los que se incluyen los siguientes:
- Reglamentaciones ambientales más estrictas
- Costos de operación cada vez más altos
- Costos de manipulación de residuos más altos
- Mayor cantidad de requisitos para la conservación del agua
- Fallas de lagunaje catastróficas
- Necesidad de una mejor mitigación de riesgos
- Limitaciones de espacio físico para la expansión operativa
Los líderes de las industrias de minerales y áridos comenzaron a evaluar e investigar sistemas de desaguado de residuos más eficaces y rentables. Entre los sistemas, se incluyen los siguientes: equipos de desaguado de pulpas, separación de ultrafinos y espesamiento de pulpas.
El sistema de recuperación de ultrafinos (UFR) y los equipos espesadores separan y concentran los materiales de residuo mientras los equipos de desaguado recuperan más agua del flujo de residuos y producen elementos sólidos casi secos.
Tipos de equipos de desaguado
Los filtros de prensa con placas, los filtros de prensa de correa y las centrifugadoras son los tres tipos de equipos de desaguado que se utilizan actualmente en las industrias de minerales y áridos.
Centrifugadoras
El desaguado con centrifugadora es un proceso que se realiza a alta velocidad y en el que se utiliza la fuerza de la rotación rápida de un contenedor cilíndrico para separar los elementos sólidos residuales del agua del líquido. Estos dispositivos de desaguado funcionan de mejor manera con materiales que puedan desaguarse de forma más sencilla, tengan una distribución de tamaño de partículas más grande o tengan poco contenido de arcilla. Sin embargo, por lo general, no son igual de eficaces que los filtros de prensa, ya que no pueden generar una presión de desaguado tan alta. Las centrifugadoras funcionan como unidades de alimentación continuas que eliminan los elementos sólidos con una transportadora de desplazamiento y descargan el líquido en un vertedero. El contenedor tiene forma de cono y ayuda a levantar los elementos sólidos para separarlos del líquido, lo que permite que los primeros se sequen en una superficie inclinada antes de su descarga.
El costo de inversión inicial y el costo operativo de las centrifugadoras son altos. Estos equipos se fabrican de acuerdo con estrictas especificaciones de diseño con el fin de que puedan operarse de forma eficiente a velocidades de rotación muy altas.
Los costos operativos son altos debido a que las centrifugadoras consumen mucha energía eléctrica, el precio de los repuestos es alto y se deben utilizar químicos de desaguado.
Además, para realizar las operaciones de centrifugado, se requieren operadores capacitados y experimentados. Las centrifugadoras son conocidas por generar un alto nivel de ruido y vibraciones de alta velocidad. Además, presentan problemas de desgaste frecuentes.
Filtros de prensa de correa
Los filtros de prensa de correa son otro tipo de equipo utilizado para eliminar el agua de los residuos de pulpa con el fin de producir un material no líquido al que se conoce como “residuo de filtración”.
En un filtro de prensa de correa, los residuos de pulpa se colocan a la fuerza entre dos correas porosas apretadas. A medida que las correas pasan por encima y por debajo de rodillos de varios diámetros, el líquido se escurre de la pulpa mientras los residuos de filtración sólidos se retienen entre las correas. La presión aumenta a medida que las correas pasan por encima de los rodillos de menor diámetro.
Existen muchos diseños de procesos de filtrado con correas, pero en todos ellos se incluye lo siguiente:
- Zona de acondicionamiento de polímeros
- Zonas de drenaje por acción de la gravedad
- Zona de escurrimiento de baja presión
- Zonas de escurrimiento de alta presión
Los filtros de prensa de correa tienen un costo de capital inicial intermedio y una huella más pequeña en relación con su instalación.
Los costos operativos tienden a ser altos, ya que es necesario que haya un operador que se encargue de este equipo en todo momento y se utilizan químicos de desaguado.
Los costos de mantenimiento también son altos debido al desgaste de los rodillos y las correas, así como a las fallas producidas por el movimiento continuo de las correas apretadas entre los rodillos. Las correas y los rodamientos de rodillo requieren de la colocación de repuestos más frecuente, lo que hace que la disponibilidad general de los equipos sea más baja. Los filtros de prensa de correa son conocidos por requerir de un lavado periódico de las correas y por ser muy sensibles a las variaciones de procesos.
Filtros de prensa con placas empotradas
Los filtros de prensa con placas empotradas se utilizan para producir residuos de filtración desaguados mediante la separación de los materiales líquidos y sólidos en los residuos de pulpa. Este tipo de filtro de prensa se encuentra entre los dispositivos de desaguado más antiguos y, comúnmente, se utiliza en aplicaciones con residuos de pulpas en el procesamiento de áridos y minerales.
Los típicos filtros de prensa con placas empotradas están formados por una estructura de alto rendimiento que sostiene una serie de placas de polipropileno de superficie cóncava ubicadas a cada lado de la placa. Cada placa está cubierta por una tela filtrante sintética. Las placas se mantienen bien juntas por acción de la presión hidráulica, lo que crea un espacio vacío entre las superficies de cada una. Se utiliza una bomba de alimentación de pulpa de alta presión para forzar el paso del material de pulpa a través de los espacios vacíos existentes entre las placas. Los elementos sólidos de la pulpa quedan atrapados entre las placas, al tiempo que el líquido pasa a través de las telas filtrantes que recubren la superficie de las placas. Cuando ya no es posible bombear más pulpa en el filtro de prensa, la bomba de alimentación de pulpa se detiene y las placas se separan, lo que permite la caída de los residuos de filtración de la prensa por efecto de la gravedad.
Funcionamiento de un filtro de prensa de viga superior de McLanahanLa inversión inicial de un filtro de prensa con placas puede ser alta debido al tamaño del equipo y la estructura de soporte requerida. En función del tipo y la cantidad de material para desaguar, los equipos modernos de filtros de prensa pueden ser muy grandes y requerir de un espacio amplio para su instalación y operación.
El tamaño común de las placas actuales de polipropileno puede ser de hasta 8 pulgadas (20 cm) de ancho por 8 pulgadas (20 cm) de alto, y los filtros de prensa grandes pueden incluir hasta 200 placas. Los costos operativos de los filtros de prensa con placas son bajos, ya que solo deben operarse a tiempo parcial, el costo de los repuestos es más bajo y, por lo general, no se necesitan químicos de desaguado. Como el material de las pulpas se recoge completamente entre las placas de filtrado, se pueden aplicar presiones de desaguado muy altas (de hasta 225 psi \[15,81 kgf/cm2] o más) a la pulpa. Las altas presiones de desaguado producen la mayor concentración posible de residuos de filtración sólidos que puede producir cualquier equipo de desaguado mecánico.
Placas de membrana
Los filtros de prensa con placas también pueden utilizar un segundo tipo de placa llamada “placa de membrana”. En este caso, la placa tiene una superficie de membrana flexible hecha de polipropileno u otro material sintético flexible, como goma dura.
Esta membrana puede fusionarse por acción del calor al núcleo de la placa cóncava, o bien el borde de la membrana sintética puede integrarse a dicho núcleo a través de un pequeño canal mecanizado en la superficie de las placas. Para las prensas de placa de membrana se utiliza el mismo proceso inicial con una bomba de pulpa de alta presión que alimenta la prensa para llenar y desaguar tanta pulpa como sea posible. Después de que se detiene la bomba de alimentación de la pulpa y mientras las placas de filtrado aún están sujetas entre sí, las superficies de la membrana se expanden mediante el uso de aire o agua comprimidos.
Esta membrana inflada comprime los residuos de filtración, lo que reduce la humedad adicional a los niveles más bajos posibles.
Ventajas de los filtros de prensa con placas
Ningún proceso de desaguado resulta más eficaz para eliminar el líquido de las pulpas que el uso de filtros de prensa con placas.
Entre los beneficios adicionales de estos filtros, se encuentran los siguientes:
- Mayor cantidad de agua recuperada
- Residuos de filtración más secos
- Costo operativo más bajo
- Costo de manipulación de residuos más bajo y transporte de menos cantidad de agua
- Generación de un material sólido más estable
Debido a estas ventajas y a la gran eficacia de los filtros de prensa con placas, este tipo de equipo resulta ser la mejor opción para eliminar las piscinas de decantación.
