Dosificación de floculante en espesadores: menos costo, más claridad

La mayoría de los problemas de dosificación de floculante en espesadores se reducen a tres modos de falla —subdosis, sobredosis y polímero destruido por cizalla antes de llegar a la pulpa—, y las plantas que diagnostican los tres suelen recortar el gasto de polímero en 20–40% manteniendo la turbidez del rebalse bajo 200 NTU y la densidad del concentrado inferior a 2% en peso del objetivo.

Puntos clave

• Subdosis: rebalse turbio. Sobredosis: rebalse claro pero concentrado delgado y gelatinoso.
• Dosifique en g/t de sólidos secos y controle por flujo másico de sólidos, nunca por volumen de pulpa.
• Una dilución final cercana a 0.05% en peso rinde mejor que una preparación al 0.5% en casi todo servicio.
• Una bomba centrífuga en la línea de dosificación destruye el polímero; use gravedad o bomba de cavidad progresiva.
• Minerales arcillosos y variaciones de pH pueden mover la dosis óptima hasta un factor de tres: re-ensaye, no adivine.

Qué es la dosis y cómo se mide

La dosis de floculante es una relación másica: gramos de polímero por tonelada de sólidos secos que entran al equipo, escrita g/t. Es la variable operativa de mayor palanca del circuito: un cambio de 15 a 25 g/t puede transformar el flujo de sedimentación, y una deriva incontrolada de 5 g/t puede costarle a una planta mediana cinco cifras al año. El polímero típico es una poliacrilamida aniónica de alto peso molecular, en polvo, emulsión o perlas, que debe activarse antes de usar.

La preparación (make-down) convierte el producto concentrado en una solución homogénea y desenrollada; el envejecimiento es un reposo de 30–60 minutos en el que las cadenas terminan de hidratarse. Una solución dosificada antes de completar el envejecimiento actúa como un reactivo parcialmente eficaz, y la planta compensa subiendo la dosis. La turbidez del rebalse (NTU) es el proxy en tiempo real más rápido de la claridad —no mide concentración másica, calíbrelo contra muestras de sólidos suspendidos—, y la densidad del concentrado inferior (% en peso, por medidor nuclear o ultrasónico) es la otra mitad del par de desempeño: el espesador cobra por entregar rebalse claro y subnado denso a la vez.

Ejemplo de conversión: una solución al 0.05% en peso contiene 0.5 g/L de polímero. Una planta que trata 120 t/h de sólidos secos a 25 g/t necesita 3,000 g/h de polímero puro, o sea 6,000 L/h de solución —6 m³/h, por eso los módulos de dosificación a dilución final parecen bombas de agua, no de reactivos. A la inversa, si el registro muestra 4,200 L/h de solución al 0.05% sobre 105 t/h de sólidos, la dosis real es 20 g/t. Convierta de L/h a g/t sobre sólidos secos, siempre, y escriba la conversión en el propio módulo.

Un principio controla todo: la dosis debe controlarse en razón al flujo másico de sólidos, no al volumen de pulpa. Un lazo volumétrico mantiene el flujo de polímero constante mientras la densidad de alimentación oscila entre 22% y 31% en peso, moviendo la dosis real unos 40% sin que nadie toque nada. Las plantas que hacen este único cambio recuperan típicamente 10–20% de su gasto de polímero en el primer mes.

Los tres modos de falla

Los operadores miran el rebalse, y ese instinto oculta media historia. Solo uno de los tres modos se ve mal.

Modo 1 — subdosis. Fóculos pequeños, irregulares y lentos: rebalse turbio, NTU crecientes, finos en el agua de proceso, lecho delgado y baja densidad de subnado. En un circuito CCD, los finos vuelven como licores intermedios fangosos que cuestan eficiencia de lavado.

Modo 2 — sobredosis. La sorpresa cara. El exceso de polímero conecta tanto los fóculos que el rebalse corre brillante, pero la red gelatinosa atrapa agua y no consolida: la densidad del subnado cae, los rastrillos trabajan en una manta babosa con torque creciente, los paños de los filtros aguas abajo se ciegan, y la planta paga dos veces —por el reactivo extra y por la densidad perdida.

Modo 3 — polímero destruido. Un paso por el impulsor de una centrífuga o por una válvula estrangulada rompe las cadenas largas en fragmentos sin poder de puenteo. El síntoma enfurece: el registro dice 30 g/t, el ensayo de vaso dice que 30 g/t bastan, y el espesador se comporta como en subdosis. La planta sube a 45 g/t y la factura sube sin claridad. La solución es hidráulica, no química.

Observe la disciplina de la columna de acción: cada movimiento es un escalón con período de asentamiento. Un cambio de dosis necesita uno o dos ciclos de lecho —a menudo 4–12 horas— antes de mostrar todo su efecto en la densidad del subnado.

Por qué 0.05% suele vencer a 0.5%

El desempeño del polímero es longitud de cadena, y la longitud se desperdicia cuando las cadenas no pueden desenrollarse y distribuirse individualmente. Una solución al 0.5% se acerca a un gel: viscosidad de miles de centipoises, cadenas enredadas; al encontrar la pulpa rápida llega como glóbulos que mojan mal y atrapan parte de su propio polímero activo. A dilución final de 0.025–0.05% en peso las cadenas están extendidas individualmente y se reparten en segundos; en nuestros pilotos, la dosis eficaz a 0.05% es comúnmente 30–50% menor que la necesaria con solución al 0.5%.

La arquitectura práctica: preparar y envejecer una solución madre al 0.25–0.5% (tibia, agitada suavemente, consumida en 24–48 h) y diluirla en línea con agua de proceso a 0.05–0.1% justo antes de la inyección, con un eyector o colector de dilución. Lo que jamás debe ocurrir es dosificar solución madre al 0.5% sin dilución final: es la falla más común en nuestras auditorías y por sí sola puede duplicar la demanda aparente de reactivo. El envejecimiento es innegociable: mínimo 30 minutos entre etapas (los polvos requieren más que las emulsiones); dos tanques escalonados evitan dosificar producto a medio envejecer. El agua de dilución importa: con dureza total mayor a ~500 mg/L espere desempeño peor que el del ensayo con agua desionizada; y por debajo de 10 °C los tiempos de envejecimiento deben duplicarse.

Arquitectura del punto de dosificación

El polímero vale lo que vale la fluidodinámica entre la inyección y la llegada del fóculo al lecho. Inyección en el pozo de alimentación: la arquitectura estándar, siempre que el pozo entregue energía suficiente para distribuir el polímero sin destrozar los fóculos que acaba de construir. Puntos múltiples (60–70% primario y 30–40% secundario): la floculación escalonada suele vencer a la dosis única en alimentaciones arcillosas, pero duplica bombas y calibraciones, así que solo cabe si alguien verifica la rutina. Mezclador estático en línea: la energía de mezcla más repetible; su falla es el exceso de cizalla para fóculos frágiles.

Dos reglas hidráulicas absolutas: el polímero nunca pasa por una bomba centrífuga (el impulsor corta las cadenas en una pasada; use gravedad o bomba de cavidad progresiva), y no hay válvulas de estrangulación ni restricciones agudas aguas abajo de la inyección. Plantas que reemplazaron su bomba centrífuga por alimentación por gravedad han recortado la dosis por tonelada en 30–40% sin ningún otro cambio.

Costos y auditoría de la dosis

Con supuestos declarados: una planta de 2,000,000 t/año de sólidos secos a 25 g/t con poliacrilamida aniónica a USD 3,000/t (rango típico USD 2,200–4,200/t) gasta USD 150,000 al año en floculante. Una modernización —control másico en razón, dilución final en línea, entrega de baja cizalla— cuesta típicamente USD 60,000–150,000 instalada; para una planta sobredosificada o con polímero dañado que ahorra 20–30%, el retorno es de 1–3 años solo en reactivo.

La auditoría mensual es una rutina de una página a nombre de una persona: recalcular la dosis real en g/t contra el setpoint; cruzar inventario de solución consumida contra demanda teórica; tender NTU y densidad mensuales; re-ensayar en vaso si la dosis derivó más de 10% en tres meses; recorrer la línea buscando válvulas nuevas o dilución puentada; y reportar hacia arriba un solo número: costo de floculante por tonelada de sólidos, con el contexto de NTU y densidad que impide optimizarlo a ciegas.

Caso de campo indicativo, anonimizado: un espesador de colas de oro a ~180 t/h de sólidos secos y 28% en peso de alimentación dosificaba 46 g/t mediante bomba centrífuga sin dilución final. Turbidez media 380 NTU, densidad de subnado 52% contra un objetivo de 58%, torque 25% sobre la línea base, gasto anual ~USD 287,000. La secuencia: alimentación por gravedad en lugar de la centrífuga, dilución en línea a 0.05% manteniendo 46 g/t una semana, y reducción escalonada en tres semanas. Estado final: 23 g/t, 85 NTU, 57.5% de subnado, torque a 5% de la línea base, gasto ~USD 144,000 —un ahorro indicativo de USD 143,000 al año, la mitad de la factura original, con claridad y densidad mejoradas a la vez. La química nunca cambió; la entrega sí.

Preguntas frecuentes

¿Por qué una solución al 0.05% rinde mejor que una al 0.5%?

Al 0.5% la solución es muy viscosa y las cadenas siguen enredadas, así que el reactivo llega como glóbulos mal distribuidos y solo parte hace trabajo de puenteo. Al 0.025–0.05% las cadenas están extendidas y se dispersan en segundos, logrando mayor tasa de sedimentación con los mismos gramos por tonelada. Prepare una solución madre al 0.25–0.5% y diluya en línea a 0.05–0.1% justo antes de inyectar.

¿Cómo convierto L/h de solución en g/t de sólidos secos?

Multiplique el caudal de dosificación en L/h por la concentración en g/L (0.05% en peso = 0.5 g/L) y divida por los sólidos secos en t/h. Ejemplo: 3,000 L/h de solución al 0.05% sobre 120 t/h equivalen a 3,000 × 0.5 / 120 = 12.5 g/t. Use siempre sólidos medidos, no tonelaje de diseño, y publique la conversión donde la vean los operadores.