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.