El consumo de agua en la industria minera varía significativamente entre países como Chile, Estados Unidos, Canadá y Perú, especialmente porque cada país enfrenta desafíos ambientales y estrategias de gestión de recursos diferentes.
Chile es una de las regiones mineras con mayor estrés hídrico debido a su clima árido y sequías prolongadas. El sector minero del país, en particular la producción de cobre consume grandes cantidades de agua. En 2022, el consumo de agua en la industria minera del cobre de Chile fue de alrededor de 18 metros cúbicos por segundo (m³/s), con un cambio significativo hacia el uso de agua de mar, correspondiente a un 35.6% del consumo total de agua mientras que el año 2018 el consumo de agua de mar fue de un 20% (Ver figura 1 y 2). Se proyecta que esta cifra aumentará a casi el 70% para 2034 (Ver figura 2).
La dependencia de la desalinización y el uso de agua de mar es crucial ya que Chile enfrenta presiones sociales y ambientales cada vez mayores para reducir el uso de fuentes de agua continental (dulce).
En la Industria minera del cobre de Chile, el proceso que utiliza mayor cantidad de agua es el proceso de Plantas Concentradoras, esto es debido al aumento de la producción de concentrados (Cochilco junio 2024).
La proyección de uso de agua realizado por Cochilco indica que para el año 2034 del agua total consumida en el país 82,9% será utilizada en procesos de plantas concentradoras, mientras que en procesos de hidrometalurgia se utilizaran 4,3% del total de agua consumida. El informe elaborado por Cochilco también indica que se espera que la producción de concentrados aumente en un 44.1% para el año 2034 (Ver figura 3).
Cada país tiene sus propios desafíos en el consumo de agua para la Minería, la tendencia común es una creciente dependencia de fuentes de agua alternativas como el agua de mar, una mayor inversión en plantas de desalinización y un cambio hacia prácticas de uso del agua más eficientes para mitigar el impacto ambiental y garantizar operaciones sostenibles.
Como parte de la evaluación de un proceso minero, nosotros en PMC realizamos balances hídricos para mejorar la gestión del recurso de agua, crucial para optimizar las operaciones, minimizar el impacto ambiental y garantizar el cumplimiento de las regulaciones.
En este articulo explicaré la importancia de realizar un balance hídrico en plantas concentradoras, su implementación, como detectar pérdidas de agua en el proceso, y una descripción del balance hídrico en relaves convencionales, en pasta y filtrados.
BALANCE HIDRICO EN LA INDUSTRIA MINERA
El balance hídrico en la industria minera se refiere a la contabilidad de todas las entradas, salidas (pérdidas de agua), recirculación y almacenamientos de agua dentro de una operación minera.
Para el caso de una planta concentradora, implica cuantificar cuánta agua ingresa al sistema, por ejemplo, de fuentes naturales ríos, pozos, agua de mar, y agua suministro externo.
Cuantificar las pérdidas de agua por ejemplo, agua de perdida en el concentrado (humedad del producto), evaporación en las diferentes áreas del proceso y las aguas de perdida en depósitos de relaves.
Cuantificar las aguas de almacenamiento en piscinas, estanques y en el proceso productivo.
Cuantificar el agua que es recirculada al proceso desde espesadores de relaves y concentrado, y desde depósitos de relaves.
¿Cómo se puede utilizar el balance hídrico en una planta Concentradora?
El balance hídrico se utiliza para poder gestionar los procesos, optimizar la utilización de agua haciendo más eficiente los sistemas, minimizar perdidas y por lo tanto para lograr un menor consumo de agua fresca.
El objetivo principal en una planta Concentradora es la separación y concentración del mineral, y el agua es un recurso fundamental para este proceso productivo. La implementación de un balance hídrico en este proceso implica los siguientes pasos:
- Cuantificación de las entradas de agua:
- Suministro de agua fresca: incluye captación de agua de ríos, pozos aguas subterráneas, agua de mar o fuentes externas (aguas de planta de tratamiento de ciudades cercanas).
- Cuantificación del agua recirculada:
- Agua recirculada: agua recuperada desde sistema de espesamiento de concentrados y relaves.
- Agua recuperada y recirculada desde sistema de depósito de relaves, como laguna de aguas claras y sistema de drenajes y pozos barrera hidráulica para el control pluma infiltración.
- Cuantificación del agua de los diferentes procesos:
- Circuito Mina, para control de polvo.
- Circuitos de agua de proceso u otras partes de la planta como molienda y flotación.
- Adición de agua fresca y proceso en sistema de reactivos agua agregada durante el procesamiento de minerales, como la molienda y flotación.
- Medición de las salidas (pérdidas) de agua:
- Perdidas de agua en sistema de supresión de polvo para el proceso productivo, en mina, planta, depósito de relaves.
- Evaporación: pérdida de agua debido a la evaporación de superficies de agua abiertas como piscinas de almacenamiento, espesadores de relaves y concentrados, y sistema de depósitos de relaves.
- Agua de pérdida por retención en relaves, agua retenida en los relaves y que no puede ser recuperada para el proceso productivo quedando atrapada en los depósitos de relaves.
- Filtración y descarga: agua perdida por filtración en el suelo para el caso del relave es la que se infiltra al terreno natural cuando el relave que es enviado al depósito entra en contacto con el suelo natural.
- Humedad del producto: agua que sale de la planta ligada al producto concentrado del orden de 9% humedad.
- Corrientes de desechos: agua que sale de la planta u otros productos de desecho, como planta de tratamiento de aguas servidas la que es tratada, una parte se pierde y otra parte se recicla y recircula al proceso productivo.
- Monitoreo del almacenamiento:
- Piscinas Tranques, estanques y tuberías: contabilización del agua almacenada dentro de Piscinas tranques, estanques o tuberías dentro de la planta.
- Equipos y circuitos de proceso: agua retenida dentro de los circuitos de procesamiento.
DETECCIÓN DE PÉRDIDAS DE AGUA
Al realizar un balance hídrico exhaustivo, en una planta de Concentradora se puede detectar pérdidas de agua comparando los flujos de entrada medidos con los flujos de salida y los almacenamientos internos. El agua no contabilizada puede indicar pérdidas debido a fugas, filtraciones no medidas o sistemas de reciclaje ineficientes. Las técnicas específicas para detectar y abordar las pérdidas de agua incluyen:
- Medidores de flujo y sensores: instalar medidores de flujo en puntos estratégicos para medir continuamente los caudales de agua, lo que ayuda a identificar discrepancias que sugieren fugas o descargas no autorizadas.
- Trazadores: inyectar a los flujos trazadores químicos o nucleares, donde se detecta el paso del flujo velocidad del flujo y además la concentración, conociendo la velocidad del fluido y el área del piping se puede determinar el flujo y la dilución y / o perdidas en el trayecto.
- Auditorías e inspecciones periódicas: las inspecciones de rutina de tuberías, estanques y equipos pueden ayudar a identificar pérdidas físicas, como fugas o válvulas defectuosas.
- Monitoreo de la calidad del agua: al analizar la calidad del agua en varias etapas, los operadores pueden detectar cambios que pueden indicar mezcla con fuentes de agua externas o pérdida de pureza del agua, lo que sugiere ineficiencias del proceso.
- Modelado y simulación: el uso de software para modelar el balance hídrico de la planta en función del plan minero puede ayudar a predecir patrones de uso del agua e identificar desviaciones inesperadas que podrían indicar pérdidas en producción.
BALANCE DE AGUA EN RELAVES CONVENCIONALES, EN PASTA Y FILTRADOS
Relaves convencionales
El diagrama a continuación ilustra el balance hídrico en una planta concentradora de cobre que utiliza tecnología de relaves convencional (Figura 4). En esta configuración, el 99,5% del consumo de agua se atribuye a pérdidas en la presa de relaves, mientras que solo el 0,5% se pierde a través del contenido de humedad del concentrado final.
En las plantas concentradoras de mineral de hierro, donde la proporción de producto es mayor, el consumo de agua en el concentrado aumenta al 15%, y los relaves representan el 85%.
Los relaves representan un uso significativo de agua tanto en plantas de cobre como de mineral de hierro. Por lo tanto, optimizar el consumo de agua requiere un examen más detallado de las pérdidas de agua asociadas con los relaves a través de un balance hídrico.
El almacenamiento convencional de relaves implica la construcción de una presa o muro, que a menudo utiliza minerales rechazados de la mina o arenas clasificadas del flujo de relaves, para cerrar una quebrada y crear un depósito capaz de contener millones de toneladas. Con un 50% a 60% de sólidos, estos relaves se depositan en el tranque de relaves, donde se recupera entre el 20% y el 30% del agua transportada.
Para una planta concentradora típica en Chile de relaves convencional (ver figura 5), con una capacidad de 100 ktpd y una vida útil operativa de 20 años, el volumen planificado para el almacenamiento de relaves es de aproximadamente 720 Mt, equivalentes a 480 Mm³. Este volumen incluye una cantidad significativa de agua perdida a través de tres vías principales: 1) 15% – 20% debido a la evaporación de la laguna de agua y la playa de relaves humectada, 2) 10% – 15% por infiltración y 3) 65% - 75% retenido en los relaves, principalmente dentro de las lamas y el material ultrafino.
Una planta de este tipo, dependiendo de la topografía del tranque y de la tasa de evaporación del lugar, especialmente en el norte de Chile, puede tener un consumo de agua que va desde los 0,4 m³/t para aquellas con condiciones topográficas favorables hasta los 0,8 m³/t para aquellas que no recirculan agua. En consecuencia, una planta de 100 ktpd utiliza entre 400 lps y 950 lps. En promedio, con una recuperación de agua del 30% desde la laguna de aguas claras, el consumo de relaves es del orden de los 0,60 m³/t, lo que corresponde a un uso de agua de 700 lps.
Dada la distribución de pérdidas indicadas, es imprescindible realizar estudios encaminados a reducir la retención de agua en el tanque por partículas finas (65%-75%) y potenciar la recirculación del agua recuperada de regreso a la planta.
Relaves en pasta y/o espesados
Los relaves espesados son relaves no segregados que se caracterizan por su alta viscosidad, y por no generan aguas residuales en condiciones óptimas (Ver figura 6). Estos relaves, conteniendo entre 60% a 70% de sólidos, son procesados en espesadores de alta densidad con conos de gran ángulo. Deben manejar pulpas con elevados tensión de corte (yield stress) que van desde 100 a 300 Pascales. Requiere espesadores con altas capacidades de torque de 6,0 a 10,0 MN-m y de un diámetro máximo de 45 metros, que es el estándar actual de la industria para este nivel de desarrollo.
El consumo de agua es necesario para compensar el agua descargada por la pulpa, que contiene un 70% de sólidos, lo que resulta en un requerimiento de reposición (make up) de 0,43 m³/t. Una vez que se depositan los relaves, la recuperación de agua adicional generalmente es imposible. Sin embargo, en algunas plantas con contenido de sólidos o viscosidad insuficiente, los relaves pueden producir un drenaje recuperable del 5% al 10% del agua que ingresa al depósito.
Relaves filtrados
Los relaves filtrados, también conocidos como relaves de apilamiento seco, son un enfoque moderno para la gestión de relaves mineros que implica deshidratarlos para reducir el exceso de humedad y apilarlos de manera controlada. Se producen utilizando filtros de alta capacidad, típicamente filtros de alta presión, debido a los desafíos que implica filtrar partículas muy finas como los relaves. Inicialmente, esta tecnología se empleaba en plantas de pequeña capacidad, pero hoy en día se utiliza en plantas con capacidades de hasta 40.000 tpd. Una vez que se forma la torta de relaves filtrados, se emplea un sistema de correas y apiladores para crear una pila de relaves de varias capas, típicamente de entre 6 y 10 metros de espesor, con el potencial de alcanzar alturas de hasta 100 metros.
La pulpa producida contiene 50% de sólidos y se introduce en los filtros, donde se reduce su contenido de humedad al 20%, consiguiendo un contenido de sólidos del 80%. Este proceso reduce significativamente el consumo de agua o de reposición a 0,25 m³/t, ofreciendo una mayor eficiencia en comparación con otras tecnologías. Sin embargo, los inconvenientes incluyen el alto costo de los equipos de filtración y los desafíos para apilar materiales que son difíciles de filtrar.
CONCLUSION
Mantener un balance hídrico preciso en una planta concentradora no es solo una buena práctica, es un elemento crucial para optimizar y garantizar la sostenibilidad de las operaciones mineras. El proceso implica un seguimiento meticuloso de las entradas, salidas y pérdidas de agua en las distintas etapas de la planta. Al hacerlo, las plantas pueden identificar ineficiencias, reducir el consumo de agua y minimizar el impacto ambiental. En una era en la que la escasez de agua es una preocupación cada vez más urgente, lograr un balance hídrico efectivo es esencial tanto para el cumplimiento normativo como para la excelencia operativa.
En Process Minerals Consulting, comprendemos las complejidades involucradas en la realización de un balance hídrico exhaustivo. Nuestra experiencia en ingeniería metalúrgica y nuestro profundo conocimiento de las operaciones de las plantas concentradoras nos permiten brindar soluciones personalizadas que abordan los desafíos específicos de nuestros clientes. Empleamos herramientas y metodologías de diagnóstico para identificar con precisión dónde se están produciendo pérdidas de agua y cómo se pueden mitigar. Nuestro enfoque no solo se centra en reducir el consumo de agua, sino también en optimizar el proceso general, asegurando que cada gota de agua se utilice de manera eficiente. Ya sea mediante la implementación de sistemas de filtración, mejores prácticas de reciclaje de agua o mejores controles de procesos, estamos comprometidos con nuestros clientes a lograr mejoras significativas en el uso del agua y el rendimiento general de la planta. Además, realizamos proyecciones de consumo y pérdidas de agua dinámicas considerando escenarios de producción y diferentes escenarios hídricos como año seco, medio y húmedo para poder gestionar de forma anticipada los diferentes escenarios hídricos.
Si quiere que lo guiemos en la realizacion de un balance hídrico detallado para lograr la optimizacion de su proceso puedes contactarnos a info@processminerals.cl
