Centrífuga decanter para pulpas minerales: guía de selección

Una tarea de pulpa mineral justifica una centrífuga decanter cuando los sólidos son demasiado finos para cribas y una torta más seca que el subnado del espesador tiene valor: espere 2,500–3,500 g, tortas con 15–25% de humedad en peso sobre sólidos cristalinos y un costo de operación de USD 1.5–4 por tonelada seca.

Puntos clave

  • La decanter gana en servicios de partículas finas y tonelaje medio, donde el subnado del espesador sigue siendo bombeable y las prensas filtro ciclan demasiado lento.
  • La velocidad diferencial, no la velocidad del tazón, es la palanca real de sequedad de la torta; ajústela desde el torque del sinfín.
  • En servicios floculados, el gasto de polímero supera rutinariamente al de energía: la calidad del acondicionamiento es un parámetro económico, no un detalle.
  • El desgaste de las puntas de vuelo del sinfín es el verdadero motor de mantenimiento; los insertos de carburo de tungsteno pueden duplicar o triplicar la vida entre reparaciones mayores.
  • Diluir la alimentación aguas arriba suele ser la ganancia de capacidad más barata disponible, más barata que comprar un tazón mayor.

Fundamentos: tazón, espiral, diferencial y estanque

Una decanter es una máquina de sedimentación de tazón sólido y alimentación continua: gira la pulpa con la fuerza suficiente para que las partículas se depositen contra la pared rotante, y un sinfín interno las transporta hacia afuera. Sustituye la gravedad por 2,000–4,000 veces gravedad —por eso asienta en segundos lo que un espesador asienta en horas— y entrega una torta compactada y transportada, no solo una pulpa densa.

Cinco componentes gobiernan toda la selección. El tazón, cilindro-cónico de 350–1,400 mm de diámetro que gira a 1,600–4,000 rpm, de modo que la pared ve 2,500–4,000 g en servicio mineral; su sección cilíndrica es la zona de sedimentación y la cónica es la playa por la que se arrastran los sólidos. El sinfín, transportador helicoidal que gira dentro del tazón a una velocidad relativa controlada, arrastrando los sólidos por la playa hasta los puertos de descarga; sus puntas de vuelo rozan la torta, y ahí se concentra el desgaste. La velocidad diferencial, diferencia entre sinfín y tazón —3–30 rpm en servicio mineral, fijada por caja reductora o retroaccionamiento—, que determina cuán rápido salen los sólidos y cuánto drena la torta en la playa. El estanque y los vertedores, con 20–80 mm de ajuste radial típico, que fijan el tiempo de residencia para asentar y la longitud de playa seca. Y la inyección de floculante, que aglomera partículas menores a 10 µm en aglomerados que el tazón sí puede capturar.

La física crea el compromiso definitorio: subir la velocidad del tazón mejora captura y sequedad, pero encarece potencia, esfuerzos y desgaste; profundizar el estanque aclara el centrado, pero acorta la playa y moja la torta; acelerar el sinfín procesa más sólidos, pero deja la torta más húmeda y eleva el torque. Cada decisión operativa es una posición en una de esas curvas.

Dónde encaja en el flujograma

Respuesta corta: después de un espesador, en servicios de 5 a 150 m³/h por máquina, con sólidos demasiado finos para cribas y tornillos, y donde una torta más seca que el subnado tiene valor —eficiencia de lavado, transportabilidad, recuperación de reactivo o calidad de producto—. El espesador de alta tasa sigue siendo la primera etapa correcta para retirar agua a granel, y la decanter suele alimentarse de su subnado.

Servicio Alimentación (% p/p) Tamaño (µm) Humedad de torta (% p/p) Capacidad (m³/h por máquina) Notas
Pulido y lavado de subnado CCD 25–40 5–100 20–30 20–150 El agua de lavado desplaza licor madre
Yeso (níquel PGM, ácido fosfórico) 20–35 20–150 12–20 30–200 Cristalino y tolerante a abrasión: su hogar natural
Carbonato de litio, deshidratación primaria 15–30 5–50 18–25 10–60 Lavado por desplazamiento crítico
Colas de arcilla y lamas 10–25 <10–20 35–45 15–80 Mucho floculante; torta transportable, no apilable
Lodos de planta de ácido y yeso de efluentes 8–20 1–50 25–40 5–40 Servicio corrosivo; aleaciones y sellos dominan
Lavado de hidróxidos (Ni/Co/Cu) 5–20 <5–20 40–60 5–30 Gelatinosos; mejor como etapa de lavado

Tres reglas se derivan de la tabla. Primera: ponga la máquina donde la sequedad o el lavado tengan valor cuantificado; si un 5% extra de sequedad no vale nada, un subnado más denso es más barato. Segunda: nunca permita que la decanter reemplace el espesado a granel —alimentar pulpa diluida sin flocular a alto tonelaje es el error de flujograma más común—. Tercera: sea honesto con la estrategia de colas; la decanter deshidrata finos, pero no produce torta apilable a tonelajes mineros.

Parámetros que deciden la selección

Parámetro Rango típico (servicio mineral) Efecto y compromiso
Velocidad del tazón / fuerza g 1,800–4,000 g (1,600–4,000 rpm según tamaño) Más g mejora captura y sequedad; cuesta potencia, rodamientos y vida útil
Velocidad diferencial (Δn) 3–30 rpm Palanca de transporte y drenaje: rápida = más tonelaje y torta más húmeda
Profundidad de estanque (vertedor) 20–80 mm radial Estanque profundo = centrado más claro, torta más húmeda y menos playa
Dosis de floculante 0.1–2 kg/t de sólidos secos (3–5 kg/t en arcillas) Compra la captura de menores a 10 µm; la sobredosis da transporte pegajoso
Potencia específica 0.6–1.5 kWh/m³ de alimentación Escala aproximadamente con el cubo de la velocidad y con el caudal
Protección del sinfín Vuelos recubiertos o insertos de carburo de tungsteno Los insertos cuestan 3–5 veces más instalados y extienden la vida 2–4 veces

La velocidad diferencial merece su propio párrafo, porque en operación es la palanca real. La velocidad del tazón suele quedar fija en la puesta en marcha; la profundidad del estanque se ajusta en ventana de mantenimiento; el floculante responde lento. Lo que el operador toca cada turno es Δn, típicamente por control de torque del retroceso. Demasiado rápida, y la torta cruza la playa sin drenar: una tarea que daba 18% de humedad a 8 rpm entrega 26% a 25 rpm. Demasiado lenta, y los sólidos se acumulan hasta que el torque dispara la alarma, con el tazón medio lleno de sólidos compactados. El punto correcto es una consigna de torque, no de velocidad: mantenga el torque del sinfín al 40–60% del nominal y deje flotar Δn.

La economía del floculante es la segunda lección dura. A 0.5 kg/t y USD 2.5–4/kg, el polímero cuesta USD 1.25–2.0 por tonelada de sólidos secos, mientras la energía suele aportar solo USD 0.3–0.8/t: el reactivo puede duplicar o triplicar el costo de potencia. Por eso la calidad del acondicionamiento —dilución a 0.05–0.1%, envejecimiento suficiente e inyección donde la cizalla sea suave pero la mezcla completa— merece más ingeniería que el cuadro de motores. La subdosis aparece como turbidez en el centrado; la sobredosis, como una torta resbaladiza que el sinfín no transporta.

El desgaste es la tercera lección. Las puntas de vuelo trabajan continuamente contra la torta, y en sólidos cristalinos y abrasivos son el verdadero motor de mantenimiento —no los rodamientos ni la caja—. Cuando pierden el borde exterior, cae la capacidad de transporte, sube el torque y la sequedad se degrada en silencio semanas antes de cualquier falla. Los vuelos recubiertos son la respuesta estándar; los insertos de carburo de tungsteno soldados a lo largo de las puntas extienden típicamente la vida del sinfín dos a cuatro veces en yeso y colas, y en una máquina 24/7 se pagan con una sola reparación mayor evitada. Los materiales siguen al licor: dúplex 2205 o 2507 para salmueras con cloruro y lodos ácidos, 316L o acero al carbono para servicios neutros —una decisión que vale un orden de magnitud en capital, así que tómela del análisis de licor y no de la costumbre del catálogo.

Cinco conclusiones por servicio

  • Pulido de subnado CCD. El espesador ya recuperó más de 90% del agua; lo que queda es economía de lavado. Una decanter con inyección de agua en la playa puede recortar las pérdidas de solubles 30–60% frente a la descarga directa a residuo, lo que en un circuito de cobre o PGM suele pagar la máquina en menos de dos años. Dimensione por eficiencia de lavado, no por fuerza g máxima.
  • Yeso y carbonato de litio. Sólidos cristalinos o casi cristalinos que asientan rápido y drenan bien: el mejor servicio de la decanter. Yeso a 12–18% de humedad y carbonato de litio a 18–25% son rutinarios. Verifique la corrosividad del licor y el hábito cristalino (el yeso acicular exige bombeo más suave).
  • Colas de arcilla y lamas. Las arcillas asientan lento incluso a alto g, exigen 2–5 kg/t de floculante y dan una torta de alto esfuerzo umbral pero baja permeabilidad, así que el drenaje en playa apenas funciona. Es viable para corrientes finas de bajo tonelaje (típicamente bajo 15–20 t/h de sólidos secos por máquina) y es la máquina equivocada para colas gruesas de alto tonelaje.
  • Lodos de planta de ácido. Volúmenes pequeños y corrosividad alta; el servicio es reducción de volumen para disposición. Encaja solo si las decisiones de aleación, sellos y estanqueidad al vapor salen del análisis de licor: una máquina de acero al carbono ahorra 20% en la compra y se reconstruye a los 18 meses.
  • Precipitados de hidróxido (Ni/Co/Cu, manganeso). Los hidróxidos gelatinosos compactan mal y ciegan medios filtrantes, que es justo por lo que se consideran centrífugas. Límites honestos: buena captura con floculante, pero 40–60% de humedad deja el producto como pasta y el transporte de pasta gelatinosa consume torque. Úsela como lavado y clasificación antes de un equipo final de deshidratación, nunca para producir una torta seca de hidróxido.

La generalización: la deshidratación centrífuga gana con partículas finas (aproximadamente 1–100 µm), tonelaje moderado (hasta ~50 t/h de sólidos secos por máquina) y líquido que debe recuperarse limpio; pierde con tonelaje alto, partículas gruesas y permeables, o cuando se exige torta apilable de baja humedad a escala minera. Y la palanca silenciosa de capacidad es la dilución: la velocidad de asentamiento cae con la fracción de sólidos, y una tarea que corre a 40% de sólidos gana a menudo 20–40% de capacidad diluyendo a 25–30% con centrado recirculado o agua de proceso.

Escalamiento y costo por tonelada seca

El escalamiento descansa en el concepto sigma: una centrífuga se caracteriza por un área equivalente Σ, de modo que Q/Σ se mantiene entre banco y planta cuando se logra la misma captura. En la práctica Σ se corrige por una eficiencia de máquina; las pulpas floculadas rompen aglomerados bajo cizalla y las máquinas reales rara vez igualan el comportamiento ideal, así que el diseño competente aplica 45–65% de eficiencia y lo confirma con ensayos. El procedimiento: caracterizar la alimentación hasta 1 µm, correr pruebas de botella a 2,000–4,000 g en tres niveles de g y dos dosis, calcular Σ y Q/Σ de banco, pilotar en máquina real (tazón de 350–450 mm) durante varios días, mapear humedad y sólidos en centrado contra Δn, estanque y dosis, fijar el sistema de floculante y dimensionar la máquina de producción a no más de 70–80% del flujo piloto demostrado.

Con base declarada —100 m³/h de alimentación al 30% en peso, densidad 1.28 t/m³, es decir 38.4 t/h de sólidos secos, 8,000 h/año, energía a USD 0.10/kWh, floculante a USD 3.00/kg—: potencia de 1.0 kWh/m³ equivale a 100 kW medios y USD 0.26 por tonelada seca (la misma tarea a 3,500 g en vez de 2,500 g cuesta aproximadamente 2.7 veces más energía de accionamiento); floculante a 0.5 kg/t = USD 1.50/t; piezas de desgaste USD 60,000–150,000/año en servicio abrasivo continuo = USD 0.20–0.50/t, reducible a la mitad con insertos de carburo; mano de obra y repuestos USD 0.15–0.35/t; agua de lavado USD 0.05–0.15/t si es agua fresca. Los totales: USD 0.6–1.0/t en servicio cristalino limpio y USD 1.5–4/t en servicios finos floculados, dominados por reactivo y desgaste más que por potencia. A 50% de utilización, cada línea por tonelada se duplica.

Registro operativo indicativo y anonimizado, en pulido de subnado CCD de cobre: tazón de 550 mm, 90 m³/h al 32% en peso, floculante 0.35 kg/t, 2,600 g, Δn bajo control de torque a 10–14 rpm. En seis meses: sólidos suspendidos en centrado 0.2–0.4% en peso (95–97% de captura), torta a 70–73% de sólidos (27–30% de humedad) y pérdida de cobre soluble en residuo reducida un 45% estimado frente a la base de descarga directa. El sinfín recubierto llegó a 1,900 h antes de que la capacidad de transporte decayera visiblemente; los insertos de carburo extendieron la vida a más de 5,500 h en servicio similar.

Preguntas frecuentes

¿Qué humedad de torta logra una decanter en pulpa mineral?

En sólidos cristalinos como yeso, 12–20% en peso; en carbonato de litio, 18–25%; en arcillas finas y precipitados de hidróxido, 35–60%, a veces tipo pasta. La humedad se gobierna principalmente por velocidad diferencial, profundidad de estanque y longitud de playa, con la fuerza g en segundo lugar. Las cifras exactas dependen de la alimentación y deben confirmarse con ensayos de banco o piloto sobre pulpa representativa.

¿La dilución de alimentación realmente aumenta la capacidad?

Sí, y suele ser la ganancia más barata. La velocidad de asentamiento cae abruptamente cuando la viscosidad y el impedimento crecen con la fracción de sólidos, así que diluir una alimentación de 40% en peso a 25–30% con centrado o agua de proceso puede elevar la capacidad 20–40% a la misma fuerza g. El costo es más licor circulando: diluya con agua que ya manejaba, no con agua fresca.

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