Diseño de circuito de molienda y clasificación de arenas de cuarzo mediante simulación de procesos

Abstract

Las arenas de cuarzo o sílice son la principal materia prima empleada en la fabricación del vidrio y sus derivados, industrias que se encuentran en constante crecimiento producto del aumento en la demanda del vidrio como alternativa reciclable para la sustitución del plástico. Actualmente, cada vez son menos los depósitos que cumplen de manera natural con los requerimientos granulométricos y químicos que exige la industria del vidrio, lo cual sumado a un producto de valor relativamente bajo y altos costos de transporte muestra la necesidad de estudiar los métodos de procesamiento actuales del material de cuarzo. Debido a que no se hallaron estudios recientes orientados al diseño de plantas para el procesamiento de material de cuarzo considerando etapas de molienda, se planteó como objetivo el análisis de circuitos a nivel de perfil para la producción de arenas para vidrio a partir de recursos sedimentarios con el propósito de evaluar alternativas de equipos e identificar factores determinantes al momento de diseñar circuitos de molienda y clasificación de arenas de cuarzo. Los equipos fueron preseleccionados en base a las características granulométricas de la materia prima considerando alternativas actualmente utilizadas en la industria. Se evaluó en distintas configuraciones de circuito el uso de molinos de bolas y de barras para molienda, e hidrociclones, hidroclasificadores y harneros como equipos para la clasificación de control y de deslamado. Las alternativas fueron modeladas y simuladas utilizando el software JKSimMet, y comparadas en términos de indicadores como el rendimiento de la materia prima, granulometría, consumo energético y costos. Se consideró una capacidad de diseño de 100 [t/h] para el desarrollo de las simulaciones. Los resultados obtenidos situaron a la molienda de barras en circuito cerrado con un hidroclasificador como la mejor opción para la molienda y clasificación en términos de producción y energía. Además, se determinó que incluir una etapa de clasificación primaria permitiría disminuir el requerimiento de potencia en un 31%. Respecto a clasificación, harneros e hidroclasificadores llevaron a rendimientos similares en términos de niveles de producción, mostrando la hidroclasificación importantes ventajas para cumplir con los requerimientos granulométricos. Se seleccionó la combinación hidrociclón/hidroclasificador para la etapa de deslamado debido a que permitió alcanzar mayores niveles de producción y flexibilidad operacional. Se estimó un make-up de agua para el circuito de 0,26 [m3/t] incluyendo etapas de clarificación y de filtración de relaves. Se realizó un análisis económico preliminar considerando un horizonte temporal de 10 años para la estimación de un valor presente neto. En este sentido, la molienda de barras superó a la de bolas en un rango entre 43,4 y 9,7 [MUSD] para cargas circulantes entre 50% y 300% respectivamente. Por otro lado, el alto costo de capital y de operación asociado al uso de harneros se tradujo en una ventaja de 5 [MUSD] en el uso de hidroclasificadores para la clasificación. Finalmente, la combinación hidrociclón/hidroclasificador para el deslamado llevó a diferencias entre 3 y 5 [MUSD] respecto al resto de las opciones evaluadas.