Evaluación de la energía y recuperación en el procesamiento de cobre

Las operaciones de procesamiento de cobre están bajo presión desde tres direcciones a la vez: reducción de las leyes de mineral, aumento de los costos energéticos y expectativas de recuperación cada vez más estrictas por parte de las juntas de administración y los inversores. Las decisiones técnicas tomadas en cada etapa del diagrama de flujo (comminución, flotación, fundición, refinado) se integran entre sí, y el efecto acumulado sobre el costo por tonelada de cátodo es sustancial. Este artículo compara el rendimiento en cada etapa de la cadena de procesamiento de cobre con cifras publicadas en la industria, basándose en los propios datos operativos de Glencore Technology y estudios de caso de clientes. El objetivo es ofrecer a los propietarios de proyectos, directores generales y gestores de activos una visión clara de dónde se logran las mayores ganancias energéticas y de recuperación, y cómo se acumulan esas ganancias cuando las etapas trabajan juntas.

Por qué los referentes energéticos y de recuperación definen ahora la economía del procesamiento del cobre

La economía de las plantas de cobre ha cambiado. Las leyes que hace una década se consideraban marginales hoy son la alimentación estándar de muchas operaciones, y las leyes que antes eran normales son cada vez más las de mayor ley. Cada punto adicional de recuperación, cada kWh/t ahorrado y cada día ganado en la puesta en marcha tienen un impacto mayor en el VPN (Valor Presente Neto) del proyecto, que el precio del metal considerado de forma aislada en un horizonte de varios años.

La cadena de procesamiento del cobre cuenta con cuatro principales palancas de eficiencia energética y recuperación: conminución, flotación, fundición y refinación. Cada una de estas etapas dispone de indicadores de referencia consolidados frente a los equipos convencionales, y la brecha entre la mejor tecnología disponible y la tecnología convencional es hoy más amplia en todas las etapas de lo que era hace veinte años.

Para los ejecutivos que evalúan una ampliación de una operación existente (brownfield) o el desarrollo de un nuevo proyecto (greenfield), la cuestión ya no es qué equipo individual elegir. La verdadera pregunta es cómo se integran estas cuatro etapas y qué configuración integrada ofrece el menor costo por tonelada de cátodo, considerando las características específicas del yacimiento y las condiciones del mercado energético.

Selección de molinos de molienda y referencias de rendimiento para molienda ultrafina

La conminución representa una parte significativa del consumo energético de una mina, y esta proporción aumenta considerablemente a medida que los objetivos de molienda se vuelven más finos. La molienda con molinos agitados ha redefinido los parámetros de referencia tanto para aplicaciones de molienda fina como ultrafina. En comparaciones publicadas de circuitos de remolienda, un IsaMill™ registró un consumo de 17 kWh/t, frente a 24 kWh/t de un molino de bolas convencional para remolienda, alcanzando el mismo P80 de 32 micrones a partir de un F80 de 100 micrones, lo que supone una reducción del 29 % en el consumo específico de energía para obtener el mismo resultado metalúrgico.

La configuración del circuito amplía aún más esta diferencia. Las pruebas piloto realizadas en un diagrama de flujo con HPGR y molino agitado demostraron reducciones del consumo específico de energía de entre 9,2 % y 16,7 % en comparación con alternativas basadas en circuitos HPGR/molino de bolas y trituradora de cono/molino de bolas para toda la etapa de conminución.

Actualmente existen más de 50 instalaciones de IsaMill™ operando con un F80 superior a 100 micrones, lo que representa más de 129 MW de potencia instalada. Entre las aplicaciones con las alimentaciones más gruesas se encuentran los circuitos de remolienda de cobre pórfido de Las Bambas y de cobre de Bozshakol.

Para la planificación ejecutiva, la principal conclusión es que la selección del equipo de molienda y de la configuración del circuito establece la línea base de consumo energético para todas las etapas posteriores de las operaciones de procesamiento de cobre.

Flotación: referencias de recuperación y huella operativa

La flotación determina qué proporción del cobre liberado durante la molienda llega efectivamente al concentrado. La Celda Jameson ha establecido un referente en flotación de alta intensidad, con más de 500 instalaciones en 30 países y capacidades unitarias que actualmente alcanzan alrededor de 4.000 t/h. Esta tecnología utiliza un downcomer para generar de forma constante burbujas finas sin necesidad de sopladores externos, dispersores (spargers) ni agitación mecánica, eliminando así una parte importante de los costos operativos asociados a las celdas de flotación convencionales.

Desde la perspectiva de la economía de proyectos, la reciente decisión adoptada para el Proyecto CK Gold constituye un punto de referencia útil. Un estudio independiente de evaluación de alternativas realizado por Halyard Micon International estimó que la incorporación de celdas Jameson mejoraría el VPN (Valor Presente Neto) del proyecto en aproximadamente 36 millones de dólares durante la vida útil de la mina, equivalente a un incremento cercano al 5 % del VPN, en comparación con la flotación convencional en tanques.

El estudio atribuyó esta mejora a mayores recuperaciones de oro y cobre, un menor consumo energético y una reducción tanto del tamaño de los equipos como de la superficie requerida para su instalación y almacenamiento. La huella compacta de esta tecnología también resulta especialmente valiosa en proyectos brownfield, donde añadir capacidad de flotación dentro de plantas concentradoras existentes suele ser extremadamente costoso.

Fundición y refinación de cobre: capacidad de procesamiento y calidad del cátodo

Las dos etapas pirometalúrgicas y electroquímicas, la fundición y la refinación de cobre, son las que transforman el concentrado de cobre en cátodos comercializables. Los principales indicadores de referencia en estas etapas son la capacidad de procesamiento por horno, el tiempo requerido para alcanzar la capacidad de diseño y la calidad del cátodo medida conforme a la especificación LME Grade A.

El proceso de fundición en baño con lanza sumergida ISASMELT procesa actualmente más de nueve millones de toneladas anuales de material con contenido de cobre en todo el mundo. La intensidad del proceso permite alcanzar una elevada productividad con un horno relativamente compacto: en Kansanshi Mining, un único horno ISASMELT de 4,4 metros de diámetro trata más de 1,38 millones de toneladas anuales de concentrado de cobre, y la planta alcanzó su capacidad de diseño tan solo tres meses después de su puesta en marcha. El arrastre de polvo, equivalente aproximadamente al 1 % del peso de la alimentación, es significativamente inferior al de otras tecnologías de fundición de cobre, lo que reduce tanto los costos de capital como los costos operativos de los sistemas de tratamiento de gases.

En la etapa de refinación, la tecnología ISAKIDD representa más de la mitad de la producción mundial de cátodos de cobre y cuenta con más de 121 usuarios a nivel global. La placa catódica permanente de acero inoxidable, introducida en Copper Refineries Pty Ltd en Townsville en 1978, eliminó la etapa intensiva en mano de obra de las láminas madre (starter sheets) y permitió operar con altas densidades de corriente.

Los indicadores de productividad laboral reportados por la industria muestran 0,9 horas-hombre por tonelada de cátodo en operaciones ISAKIDD, frente a 2,4 horas-hombre por tonelada en refinerías convencionales que utilizan láminas madre. Operaciones de referencia, como la refinería de Atlantic Copper en Huelva, han reportado valores tan bajos como 0,43 horas-hombre por tonelada. La calidad química de los cátodos cumple de forma consistente o supera los requisitos de la especificación LME Grade A.

El referente integrado: cómo se potencian las mejoras a lo largo de toda la cadena

Cada uno de estos indicadores de referencia es valioso por sí mismo. Sin embargo, el mayor argumento comercial a favor de una operación integrada de procesamiento de cobre radica en lo que sucede cuando las cuatro etapas trabajan conjuntamente.

Los ahorros de energía obtenidos en la molienda se traducen en un circuito de flotación más pequeño y eficiente. La molienda con molinos agitados permite obtener distribuciones granulométricas más precisas y pulpas libres de contaminación por hierro procedente de medios de molienda de acero, lo que mejora la cinética de flotación. La capacidad de la Jameson Cell para procesar eficientemente las partículas finas producidas por el IsaMill, al mismo tiempo que genera un concentrado de alta ley mediante el lavado de espuma, mejora la recuperación global de la planta al minimizar la formación de escoria en la fundición. Asimismo, una alimentación más uniforme para la fundición permite ciclos de refinación más cortos y predecibles, aumentando la eficiencia de corriente en la producción de cátodos.

Los resultados operativos respaldan este planteamiento. Glencore Technology reporta actualmente más de 800 instalaciones distribuidas en todos los continentes, incluyendo como clientes a 22 de los 27 mayores miembros del ICMM. Esta cartera tecnológica refleja cuatro décadas de experiencia operativa y datos obtenidos en activos de cobre de Glencore, entre ellos Mount Isa Mines, la refinería de cobre de Townsville y la red global de operaciones de cobre de la compañía, conocimientos que han sido incorporados continuamente al diseño y evolución de cada tecnología.

Preguntas frecuentes

¿Cuánta energía puede ahorrarse al sustituir un molino de bolas por un molino agitado en aplicaciones de remolienda de cobre?

Las comparaciones publicadas muestran una reducción del 29 % en el consumo específico de energía para obtener el mismo producto final (P80). Un IsaMill requirió 17 kWh/t para alcanzar un P80 de 32 micrones a partir de un F80 de 100 micrones, frente a los 24 kWh/t requeridos por un molino de bolas. No obstante, el valor real para un mineral específico debe confirmarse mediante un Signature Plot, una metodología que permite escalar los resultados de los ensayos de laboratorio a escala industrial en una relación 1:1 para los molinos agitados.

¿Qué incremento en recuperación ofrece la Celda Jameson frente a las celdas de flotación convencionales?

Depende del mineral y de la aplicación específica. En el Proyecto CK Gold, un estudio independiente de evaluación de alternativas estimó que la adopción de celdas Jameson incrementaría el VPN (Valor Presente Neto) en aproximadamente 36 millones de dólares durante la vida útil de la mina, equivalente a un aumento del 5 % del VPN frente a la flotación convencional en tanques. El estudio atribuyó esta mejora a una mayor recuperación de oro y cobre, un menor consumo energético y una menor superficie ocupada por los equipos.

¿Qué tan rápido alcanza ISASMELT su capacidad de diseño?

Las instalaciones más recientes han alcanzado su capacidad de diseño en un plazo de tres meses desde la puesta en marcha. El caso de referencia publicado es Kansanshi Mining, donde un único horno de 4,4 metros de diámetro procesa más de 1,38 millones de toneladas anuales de concentrado de cobre. Una puesta en régimen más rápida mejora directamente el VPN del proyecto al adelantar la generación de producción comercializable.

¿Qué calidad de cátodo produce ISAKIDD en la refinación de cobre?

Las refinerías ISAKIDD producen de manera consistente cátodos que cumplen o superan las especificaciones de LME Grade A. La utilización de placas catódicas permanentes de acero inoxidable, junto con una densidad de corriente controlada y sistemas modernos de gestión del electrolito, proporciona la estabilidad dimensional y química requerida por los fabricantes de alambrón y alambre de cobre.

¿Cómo se combinan las cuatro etapas del proceso?

Las mejoras en consumo energético y recuperación obtenidas en cada etapa tienen un efecto acumulativo a lo largo de todo el diagrama de proceso. Un menor consumo de energía en la molienda permite reducir el tamaño de los circuitos de flotación. Una mejor recuperación en flotación aumenta el tonelaje y la pureza del concentrado alimentado a la fundición. Los concentrados más limpios reducen la generación de escoria, mejoran la recuperación en fundición y estabilizan los ciclos de refinación. El efecto acumulado sobre el costo por tonelada de cátodo es significativamente mayor que el beneficio obtenido mediante la optimización de una sola etapa.

Diseñando operaciones de procesamiento de cobre para alcanzar un rendimiento de referencia

La economía de las operaciones de procesamiento de cobre se define en las etapas iniciales del proyecto, cuando se desarrolla el diagrama de flujo y se seleccionan los equipos. Actualmente, la diferencia entre las configuraciones convencionales y las mejores tecnologías disponibles es lo suficientemente amplia en cada etapa como para que su efecto acumulado sobre el VPN (Valor Presente Neto) de un proyecto marque la diferencia entre una operación marginal y una altamente rentable.

Los indicadores de referencia citados en este documento, obtenidos a partir de operaciones en funcionamiento, estudios independientes de evaluación de alternativas y pruebas publicadas por Glencore Technology, proporcionan un punto de partida sólido para esta fase de evaluación. Sin embargo, no sustituyen los programas de pruebas específicos realizados sobre el mineral de cada yacimiento.

Si está evaluando una ampliación de una operación existente (brownfield), un nuevo desarrollo (greenfield) o un programa de eliminación de cuellos de botella en una o varias etapas de la cadena de procesamiento del cobre, consulte con nuestro equipo acerca de los ensayos Signature Plot, pruebas piloto de flotación, estudios de capacidad de fundición y configuración de refinerías.