Surface Miner de Wirtgen: reducir el porcentaje de finos, aumentar la obtención de carbón

La mayoría de los explotadores de minas de carbón mide la repartición granulométrica del material de alimentación con el fin de determinar su proceso de tratamiento, en particular, con respecto al porcentaje de finos. Sin embargo, solo pocos saben, de dónde proviene ese porcentaje. Y aún menor es el número de explotadores de minas que mide el porcentaje de finos directamente después de la obtención para poder compararlo con el del material de alimentación y mejorar los procesos intermedios. La reducción del porcentaje de finos del carbón explotado ofrece un enorme potencial de ahorro y otras ventajas más:

  • El lavado de carbón fino (< 2 mm) conlleva gastos mayores causados por el tipo de los procedimientos requeridos y la pérdida de producto que se origina (lo que provoca un menor grado de obtención de carbón).
  • Las mayores pérdidas de producto, hacen necesario eliminar una mayor cantidad de material de relleno en una empresa apropiada.
  • La venta de carbón que no cumple las especificaciones del comprador en cuanto al tamaño, resulta imposible.
  • Un menor porcentaje de finos del carbón extraído reduce la carga de los pulmones ocasionada por el polvo fino (también llamado polvo finísimo), aumenta la seguridad laboral y minimiza el riesgo de explosiones de polvo de carbón.
  • El carbón finísimo (< 0,5 mm) tiende a absorber humedad, lo que repercute de forma negativa sobre los procesos subsiguientes.

Los Surface Miner de Wirtgen, en este caso el 4200 SM, cortan y trituran la roca con un tambor de corte especial y, mediante una cinta de descarga, la transportan a un camión. Wirtgen es el único fabricante que ofrece un rendimiento de producción de hasta 3000 t/h con carga directa.

Los Surface Miner de Wirtgen, en este caso el 4200 SM, cortan y trituran la roca con un tambor de corte especial y, mediante una cinta de descarga, la transportan a un camión. Wirtgen es el único fabricante que ofrece un rendimiento de producción de hasta 3000 t/h con carga directa.

Durante toda la cadena de procesos tiene lugar una reducción de la granulometría del carbón, comenzando por la obtención hasta la utilización final. Esta reducción de la granulometría, en parte, es intencional, como por ejemplo, en la extracción y trituración. Sin embargo, en ocasiones surge de forma involuntaria al transportar, amontonar, clasificar o lavar el carbón. Por regla general, el comportamiento de fractura depende en gran medida de la geología, pero la tecnología de extracción ofrece una posibilidad de reducir el porcentaje del carbón fino y finísimo que se produce adicionalmente en la cadena de procesos. Considerando las desventajas anteriormente descritas es de suma importancia aprovechar esta oportunidad y mantener el porcentaje de finos al nivel más reducido posible.

En el pasado reciente, Wirtgen realizó diferentes ensayos prácticos muy extensos sobre la trituración de material, en los que se ha manifestado que los Surface Miner de Wirtgen contribuyen considerablemente a reducir el porcentaje de fino generado durante el proceso de extracción.

Surface Miner de Wirtgen

Un Surface Miner de Wirtgen es una máquina de extracción sobre trenes de orugas que dispone de un tambor de corte en rotación. Este tambor está situado en el centro de gravedad de la máquina, de manera que la fuerza se beneficie de todo el peso de la máquina y las herramientas de corte (picas) puedan penetrar en la roca. El tambor de corte entrega el material a una cinta de descarga (fig. 1) y de allí se traslada directamente a un camión.

El Surface Miner desmonta, capa por capa, el material a extraer, siendo posible variar la profundidad de corte en función del espesor de los filones presentes. Esto permite explotar también filones muy delgados con un espesor de 10 cm y separarlos con suma precisión de las bandas intermedias de material estéril situadas encima y debajo del filón. De este modo es posible extraer el material de yacimientos con un alto grado de pureza, de forma selectiva, económica y ecológica, sin necesidad de realizar trabajos de barrenado y voladura.

Mientras el Surface Miner de Wirtgen avanza hacia adelante, el tambor de corte gira en sentido contrario al avance y corta el material, capa por capa, de las formaciones de roca. El accionamiento del Surface Miner tiene lugar a través de cuatro trenes de orugas dotados de regulación de la altura.

Mientras el Surface Miner de Wirtgen avanza hacia adelante, el tambor de corte gira en sentido contrario al avance y corta el material, capa por capa, de las formaciones de roca. El accionamiento del Surface Miner tiene lugar a través de cuatro trenes de orugas dotados de regulación de la altura.

Ensayos prácticos de trituración de material

En el transcurso de los años pasados, Wirtgen realizó varios ensayos prácticos muy importantes sobre la trituración de material y la pérdida de calidad asociada, en los que se analizó la repartición granulométrica del carbón y minerales sedimentados de ocho minas a cielo abierto diferentes. A tal efecto, se clasificaron casi 8000 t de material con la finalidad de comparar el material explotado por el Surface Miner con el material obtenido aplicando métodos de extracción convencionales.

En una mina de carbón trabajan tanto los Surface Miner de Wirtgen como unos bulldózers que funcionan según el procedimiento de Rip-and-Stack. En vista de los precios actuales del carbón, en esta mina se está optimizando cada uno de los pasos del proceso, entre los que también se cuenta la reducción del porcentaje de finos en la entrega del material para su tratamiento, de manera que sea posible procesar una mayor cantidad de carbón en el equipo de tratamiento de grano grueso que a fin de cuentas resulta más económico. Adicionalmente se aspira a reducir los costes de trituración. La tabla 1 muestra los requerimientos de la planta de tratamiento en cuanto al tamaño del material de alimentación.

Tabla 1: Tratamiento de carbón en rangos típicos de tamaño de granos

Rango de tamaño de grano Tratamiento Evaluación
> 40 mm Trituradora primaria/secundaria Costes adicionales y generación de carbón finísimo
2 - 40 mm Circulación gruesa Tamaño de grano deseado, fácil de procesar
0,075 - 2 mm Circulación fina Tratamiento más costoso
< 0,075 mm Pérdida No deseado

Con el ensayo quedó demostrada, una vez más, la idoneidad del Surface Miner para este tipo de trabajo: con el Surface Miner se genera carbón con un menor porcentaje de finos y más material con el tamaño de la granulación deseado, comparado con el procedimiento convencional mediante bulldózers en Rip-and-Stack (fig. 2). De las 1500 t/h de carbón que los bulldózers entregan a la planta de tratamiento, unas 225 t son carbón fino con un tamaño de grano inferior a 2 mm. En cambio, con el Surface Miner este valor asciende a tan solo 185 t, lo que significa que la obtención de carbón con Surface Miner permite lavar un 22 % más de carbón en la circulación gruesa, en lugar de la circulación fina, que resulta más costosa. Empleando un Surface Miner y partiendo de un tamaño de granulación inferior a 1 mm, el porcentaje de finos que se ha de tratar en la planta incluso se reduce en un 33 %.

Repartición granulométrica en Surface Miner y bulldózer en la extracción de carbón y rangos de tamaño de grano típicos de la instalación de tratamiento correspondiente.

Repartición granulométrica en Surface Miner y bulldózer en la extracción de carbón y rangos de tamaño de grano típicos de la instalación de tratamiento correspondiente.

El Surface Miner suministra más del 70 % de carbón con el tamaño de grano deseado (2-40 mm), mientras que los bulldózers solo alcanzan un valor inferior al 58 %. La etapa de trituración permite un ahorro adicional: únicamente el 17 % del material suministrado por el Surface Miner tiene que pasar por la trituradora, en cambio, en la extracción con bulldózers es más del 26 %. También este factor repercute positivamente en la cantidad de carbón fino y finísimo que se ha de tratar.

La empresa realizó otro ensayo más con material procedente de un yacimiento de mineral sedimentario. En esta mina se obtiene el mineral con Surface Miner y mediante trabajos convencionales de barrenado y voladura. En este caso, el Surface Miner es capaz de suministrar continuamente material con un porcentaje de finos (< 1 mm) de tan solo un 15 % a la planta de tratamiento. El material de alimentación normal (compuesto de material procedente de extracción mediante el procedimiento de barrenado y voladura, así como de material obtenido con el Surface Miner) contenía ≥ 25 % de grano fino con un tamaño inferior a 1 mm.

Repercusión del transbordo de material sobre el porcentaje de finos

Cada transbordo contribuye a la pérdida de calidad del material durante el proceso de extracción. Wirtgen realizó un estudio al respecto en el cual el material se transbordó varias veces y, después de cada acción, se determinó el porcentaje de cada clase granulométrica. Para la simulación se cargaron 80 t de material mediante una cargadora sobre ruedas y se pasaron varias veces por un equipo de cribado. Con cada paso fue aumentando claramente el porcentaje de finos. Después de cinco ciclos de ensayos realizados con carbón, el contenido de material con una granulación < 4 mm aumentó en promedio del 19 % al 26 %, lo que equivale a un incremento del 34%. En los ensayos efectuados con mineral sedimentado se registraron resultados parecidos: el porcentaje de finos aumentó (< 8 mm) en un 24 % a lo largo de cinco ciclos de ensayos (fig. 3).

Durante el movimiento del material (carga, transporte al fondo de cribado, clasificación), cada uno de los pasos individuales representa una menor carga del material, comparado, por ejemplo, con el carbón almacenado sobre el que se desplaza un bulldózer. No obstante, se registró una considerable merma de calidad durante los movimientos del material. Por consiguiente, es probable que la pérdida de calidad causada por un bulldózer incluso conlleve un mayor aumento del porcentaje de finos.

Considerando los múltiples transbordos de material realizados durante el proceso de obtención y las importantes pérdidas de calidad, incluso con movimientos efectuados con mucho cuidado, es de suma importancia reducir a una cantidad mínima dichos movimientos, sobre todo, porque con cada uno de ellos aumentan también los costes. En este caso, los Surface Miner de Wirtgen ofrecen una ventaja doble: en lugar de aplicar el método de voladuras y barrenado, extraen el material de forma selectiva con lo que, ya desde el principio, el porcentaje de finos es menor. A esto hay que añadir la carga directa en un camión, con lo que se requieren menos transbordos del material y el porcentaje de finos se mantiene al nivel más reducido posible.

Si contemplamos el proceso completo de obtención y tratamiento nos damos cuenta de que el Surface Miner de Wirtgen simplifica el procedimiento, dado que son menos los pasos a seguir (fig. 4), lo que, en suma, conlleva un trabajo de organización mucho más reducido y le aporta al explotador de la mina un notable ahorro de costes.

El porcentaje de finos aumenta con cada transbordo del material.

El porcentaje de finos aumenta con cada transbordo del material.

Resumen

Un mayor porcentaje de finos en el carbón bruto produce mayores costes durante el proceso de tratamiento, reduce el grado de obtención y repercute negativamente en la seguridad laboral y en los procesos ulteriores. El conocimiento de los procesos en los que surge el grano fino y la optimización de los procedimientos a lo largo de la cadena de procesos pueden dar lugar a ahorros importantes.

Wirtgen realizó varios estudios sobre el tema del porcentaje de finos y la trituración de material, con los que demostró que existe la posibilidad de reducir ese porcentaje: la extracción de carbón con un Surface Miner de Wirtgen constituye el primer paso de un considerable ahorro en la cadena de procesos. Además de esto, el empleo del Surface Miner reduce la cantidad de máquinas necesarias para la extracción de una tonelada de carbón, al simplificar el proceso de obtención. Y, a fin de cuentas, la correlación entre los distintos pasos del proceso de extracción se vuelve más sencilla, evitando así, una costosa pérdida de tiempo.

Pasos del proceso de extracción de carbón en el procedimiento convencional y con un Surface Miner.

Pasos del proceso de extracción de carbón en el procedimiento convencional y con un Surface Miner.

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