Espesador frente a filtro prensa: elegir el deber de relaves correcto

En la decisión entre espesador y filtro prensa manda el deber, no la preferencia: un espesador de alta capacidad recupera 80–90% del agua de proceso de una pulpa de relaves con un OPEX que a menudo queda por debajo de 0.5 USD por tonelada seca, mientras un filtro prensa pule esa descarga hasta una torta apilable con menos de 10% de humedad. Por eso la mayoría de las plantas hidrometalúrgicas modernas operan ambas máquinas en serie en lugar de elegir una.

Conclusiones principales

• El espesador recupera agua en volumen; el filtro prensa produce torta seca y apilable.
• Descarga típica de un espesador de alta capacidad: 50–65 % p/p de sólidos con dosificación de floculante.
• Humedad de torta de filtro prensa: habitualmente 8–15 % p/p, según soplado y uso de membranas.
• El CAPEX del espesador por tonelada es mucho menor; el de la prensa crece con el área de placas instalada.
• Los diagramas en serie (espesador → prensa) dominan los proyectos modernos de relaves en depósito seco.

Dos deberes distintos

La confusión en este debate suele nacer de un error de categoría: las dos máquinas no compiten por el mismo trabajo. Un espesador es un recipiente continuo de sedimentación por gravedad que usa la sedimentación floculada para elevar la fracción de sólidos de una pulpa y descargar un rebose claro para reutilización. La alimentación —relaves de flotación rougher de cobre, residuo de lixiviación de zinc o relaves CIL de oro— entra por una cámara donde se añade floculante de poliacrilamida; los flóculos sedimentan rápido y un mecanismo de rastras transporta el lecho compactado a un cono central de descarga.

Un filtro prensa es una máquina de filtración a presión por lotes que bombea la pulpa a una pila de placas cóncavas cubiertas por tela filtrante, forzando el líquido a través de la tela mientras los sólidos se acumulan en la cámara entre placas. Las unidades modernas pueden incluir placas de membrana, que exprimen la torta hidráulicamente tras el llenado, y sistemas de soplado que empujan aire a través de la torta para desplazar el agua residual. La torta es el lecho comprimido de sólidos que se forma dentro de las cámaras, y su humedad residual —no el caudal— es la métrica principal del filtro prensa: una prensa bien diseñada sobre relaves de lixiviación entrega habitualmente 8–12 % p/p de humedad, mientras la descarga de un espesador sigue siendo una pulpa bombeable con 50–65 % p/p de sólidos.

Los deberes difieren por tanto en lo fundamental: sedimentación frente a filtración a presión, continuo frente a discontinuo, pulpa frente a torta. Un espesador es un dispositivo de recuperación masiva de agua y acondicionamiento de densidad, medido en metros cúbicos por hora de agua clarificada; un filtro prensa es un dispositivo de deshidratación final, medido en toneladas por ciclo de torta seca y en puntos porcentuales de humedad. Esto también explica por qué los proveedores cotizan en unidades distintas: la sedimentación se cotiza por metro cuadrado de área de asentamiento y la filtración a presión por metro cúbico de volumen de cámara. Comparar cotizaciones sin normalizar ambas a toneladas secas por hora es el error más frecuente en los pliegos de compra.

Comparación directa

Tres lecturas conviene explicitar. Primero, la capacidad unitaria: un solo espesador grande puede atender el flujo de relaves de todo un concentrador de 20,000 t/d de cobre, mientras un tren de prensas para ese mismo flujo podría necesitar diez o más unidades en ciclos escalonados. Segundo, el producto: la salida del espesador sigue siendo una pulpa que hay que bombear a una poza o a una segunda etapa, mientras la de la prensa es una torta transportable y apilable. Tercero, los consumibles: el dinero del floculante se gasta en el espesador y el de la energía y las telas en la prensa; a diez años, la relación se invierte según el sitio.

Cuándo cada máquina

Para recuperación masiva de agua de un flujo de relaves grande y continuo se prefiere el espesador, porque entrega el menor costo por metro cúbico recuperado y maneja caudales que ninguna máquina por lotes iguala económicamente. Elíjalo primero en estos escenarios:

• Sitios con restricción de agua que recirculan agua de proceso. Un concentrador en zona árida recupera a menudo la mayor parte de su presupuesto de agua solo del rebose del espesador.
• Lavado en contracorriente (CCD). En circuitos como la clarificación de PLS de pilas de cobre o el lavado de residuos ácidos, los espesadores en etapas CCD lavan valores solubles mientras espesan sólidos.
• Preacondicionamiento antes de la deshidratación. Alimentar una prensa o centrífuga con descarga al 55–60 % p/p en lugar de relaves al 30 % puede duplicar la capacidad por unidad de área de placa instalada.
• Tonelaje muy alto con especificación de producto holgada. Si la descarga va a una poza impermeabilizada o a una planta de relleno con su propia deshidratación, el espesador puede cerrar el diagrama.

Para producir un sólido seco, transportable o apilable se prefiere el filtro prensa, porque ninguna otra máquina convencional iguala su combinación de sequedad de torta, claridad del filtrado y simplicidad mecánica. Escenarios donde gana la prensa:

• Relaves en depósito seco y depósitos filtrados. Cuando la geotecnia y los permisos exigen un producto no saturado y transportable, objetivos de humedad de 10–15 % p/p guían la selección de un tren de prensas.
• Residuos de alto valor o peligrosos. Residuo de lixiviación de zinc, precipitados con arsénico y relaves de oro destinados a detoxificación de cianuro y disposición segura se benefician de una torta de baja humedad que minimiza el licor drenable.
• Requisitos estrictos de claridad del filtrado. Las prensas de membrana sobre alimentaciones finas y difíciles de sedimentar devuelven filtrado con muy pocos sólidos suspendidos.
• Capacidad modular o compatible con lotes. Plantas con alimentación variable pueden empezar con una prensa y añadir área de placas después, flexibilidad que un espesador grande no ofrece.
• Operación con pocos reactivos. Donde el suministro de floculante es poco fiable, la prensa puede operar con polímero mínimo o nulo, cambiando costo de polímero por potencia y tiempo de ciclo.

La economía de la prensa vive y muere en el tiempo de ciclo. Llenado, exprimido de membrana, soplado de aire y apertura de placas suman minutos por lote; en alimentaciones finas y arcillosas, el cegado de la tela puede erosionar la capacidad entre lavados. Por eso una optimización disciplinada del ciclo —rampas de presión de alimentación, presiones de exprimido de 12–16 bar en placas de membrana y duración de soplado ajustada a la permeabilidad al aire de la torta— recupera habitualmente 15–30% de la capacidad perdida. El techo práctico es el caudal: más allá de unos 15–25 t/h de sólido seco por máquina, el número de prensas, placas y mano de obra hace que la prensa sea la primera elección equivocada para deber masivo.

Costos y balance de agua

No, la prensa no siempre es más cara, pero en costo instalado por tonelada y por hora el espesador casi siempre gana, y la respuesta honesta depende de qué líneas de costo se cuenten. La comparación usa cifras indicativas para una planta de 2,000 t/d de sólido seco de relaves con 30 % p/p de alimentación; todos los valores son rangos típicos a confirmar con oferta para su alimentación concreta.

Lea la tabla como sistema, no como veredicto. La ruta de prensa cuesta aproximadamente 2–5 veces más por tonelada seca en operación, pero también convierte el agua que el espesador dejaría atrapada en la descarga en filtrado recuperable y elimina la poza de relaves, cuyo capital, pérdidas por evaporación e infiltración y pasivo de cierre son dinero real en cualquier mina. Cuando esos costos de poza se internalizan —como ocurre cada vez más bajo una gobernanza de relaves más estricta— la prima de la prensa se reduce o desaparece en proyectos de depósito seco; para sitios que pueden usar una poza con seguridad, el espesador sigue siendo imbatible. El balance de agua es el desempate: modele el precio del agua de reposición, las alturas de bombeo y el riesgo de descarga de ambas opciones antes de elegir. La sensibilidad importa más que cualquier partida: duplicar la tarifa eléctrica mueve el OPEX de la prensa más de lo que duplicar el precio del polímero mueve el del espesador.

En serie: por qué no usar ambas

La respuesta más robusta es que las plantas maduras rechazan el planteamiento de «una u otra». Un espesador alimentando un filtro prensa es la columna vertebral de los circuitos CCD y de los proyectos de depósito seco modernos, porque cada máquina hace lo que la otra no puede: la sedimentación concentra pulpa de forma barata a escala; la filtración a presión pule ese concentrado hasta torta.

Considere la aritmética. Alimentar una prensa con relaves al 30 % p/p significa que cada tonelada de sólido seco arrastra 2.33 toneladas de agua a las cámaras, alargando llenados y cargando la tela. Alimentar la misma prensa con descarga de espesador al 58 % p/p reduce el agua por tonelada seca a 0.72 toneladas, una reducción del 70%, de modo que la misma prensa completa muchas más ciclos por día, o una prensa menor cubre el mismo tonelaje. En un circuito CCD de oro, cada etapa de espesador lava además especies solubles en contracorriente, mientras la descarga de la etapa final alimenta el tren de prensas y el filtrado vuelve a la cabeza del circuito de lavado.

1. Caracterice la alimentación. Distribución granulométrica completa, densidad de sólidos, contenido de arcillas, pH y química de solución sobre compósitos; las arcillas y los ultrafinos dictan tanto el flujo de sedimentación como la selección de tela.
2. Fije primero el balance de agua. Defina la recuperación de rebose requerida y la densidad de descarga aceptable desde el modelo de agua del sitio, y luego dimensione área y dosis de floculante con ensayos de sedimentación.
3. Fije los objetivos de torta desde la instalación receptora. Ángulo de apilado, distancia de acarreo y límites de permiso definen la humedad y la especificación de manejo que la prensa debe cumplir, incluida la reducción de capacidad en época de lluvias.
4. Adapte la capacidad de prensa a la alimentación espesada. Dimensione área de placas y tiempo de ciclo con la alimentación real al 55–60 % p/p, no con relaves crudos, y añada prensas de reserva para que el lavado de telas de una unidad nunca deje el apilado sin torta.
5. Cierre el lazo con instrumentación. Presión de lecho, par de rastra, densidad de descarga y volúmenes de filtrado por ciclo compartidos entre PLC permiten que espesador y prensa funcionen como un solo sistema controlado.

La única precaución en serie: un espesador descontrolado que baja la densidad de descarga desabastece y luego sobrecarga las prensas, así que dimensione deliberadamente la capacidad de amortiguación entre etapas. Bien hecho, el par entrega la economía del espesador para el agua masiva más una torta de calidad de prensa en el apilado.

Caso de proyecto (anonimizado). Una operación de oro en África Occidental ilustra lo que entrega el deber en serie. La planta trataba cerca de 1.4 Mt/a de relaves CIL con 28–32 % p/p de alimentación, y la lluvia estacional hacía inaceptable una poza convencional tanto para el regulador como para el balance de agua. El rediseño combinó un espesador de alta capacidad de 22 m de diámetro con un tren de filtros prensa aguas abajo. El espesador, dosificando poliacrilamida aniónica de densidad de carga media a 18–25 g/t de sólido seco, elevó la densidad de descarga de 32 % a 58 % p/p —medida de forma continua por densímetro nucleónico y confirmada con filtros de vacío diarios— devolviendo rebose con menos de 200 ppm de sólidos suspendidos al embalse de agua de proceso. Ese solo paso recuperó aproximadamente 78% del agua de relaves en el rebose, recortando la reposición de agua fresca en unos 2,600 m³/d en la estación seca. Aguas abajo, una prensa de 200 placas (2,000 × 2,000 mm, con membrana en una de cada dos placas) recibió la descarga espesada. Operando 9–11 ciclos por turno produjo torta con 8.9 % p/p de humedad, cómodamente por debajo de la especificación de 12% fijada para la estabilidad del camión en los 4 km de acarreo al área de apilado. El diagrama combinado entregó 78% de recuperación global de agua entre ambas máquinas y eliminó la instalación húmeda de relaves. La puesta en marcha tomó once semanas desde la terminación mecánica, con el espesador alcanzando la densidad de placa en la primera quincena y el tren de prensas una semana después.

Preguntas frecuentes

Espesador o filtro prensa: ¿qué debería instalar primero un proyecto nuevo de relaves?

Casi siempre el espesador. Maneja el flujo completo de la planta al menor costo por tonelada seca, recupera 80–90% del agua de proceso y acondiciona la pulpa para que cualquier prensa aguas abajo —si la especificación de depósito seco exige una— corra a dos o tres veces su capacidad con alimentación cruda. Instale prensas solo cuando una torta apilable sea requisito de permiso o de manejo.

¿Qué densidad de descarga puede alcanzar realmente un espesador de alta capacidad?

Sobre relaves minerales bien floculados, 50–60 % p/p es rutinario y 60–65 % p/p es alcanzable en alimentaciones gruesas de sedimentación libre con geometría de espesador de pasta. Las alimentaciones finas o ricas en arcilla pueden estancarse en 45–55 % p/p. El número sale de ensayos de sedimentación y compresión, no de tablas de catálogo.

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