Separación sólido-líquido en hidrometalurgia: guía de equipos
Una concentradora de cobre de 50,000 t/d hace circular unos 120,000 m³/d de agua de proceso, y el escalonamiento correcto de la separación sólido-líquido es lo que permite reciclar 85–90 % en lugar de descargarlo. La elección de equipo en cada etapa —espesador, filtro prensa, filtro de vacío o centrífuga— fija a la vez el balance de agua, la eficiencia de lavado y la huella de relaves.
Puntos clave
- Se selecciona en etapas: espesar primero, filtrar solo lo que necesita torta.
- El espesador se dimensiona por flujo de área unitaria (t/m²/d), no por volumen; la prensa, por humedad de torta.
- Un circuito CCD bien diseñado recupera más de 99 % de los valores disueltos con una relación de lavado cercana a 2.5.
- La prensa gana en sequedad, el espesador en costo por tonelada, el filtro de vacío en sólidos gruesos que drenan libre.
- Una dosis de floculante sobre 40 g/t suele indicar un problema de feedwell o de dilución, no de polímero.
Qué es y qué definiciones importan
Es un conjunto de operaciones que divide una pulpa en un rebose clarificado y un bajo flujo o torta rico en sólidos, en la unión de tres decisiones que suelen tener tres dueños: el metalurgista mira la eficiencia de lavado, el ingeniero de aguas cada punto de humedad de torta, y el de relaves la densidad de descarga. Un diagrama que trata estas tres como selecciones separadas casi siempre gasta de más, porque el circuito más barato se encuentra optimizando el tren, no cada máquina.
Espesador de alta tasa: sedimentación por gravedad con feedwell profundo y agitado y floculación polimérica, que sedimenta finos a 4–10 veces el flujo de un clarificador convencional, con rebose bajo unos 200 mg/L de sólidos suspendidos y descarga de 50–65 % p/p. Espesador de pasta: lecho profundo que sacrifica la pulcritud del rebose por la consistencia de la descarga, con pared alta y rastrillaje de alto par para dar 65–72 % p/p con esfuerzo de fluencia de 20–100 Pa; su producto no es torta sino una pulpa fluible que no segrega. Decantación en contracorriente (CCD): batería de espesadores en serie donde el agua de lavado avanza contra el flujo de sólidos, desplazando los valores disueltos a una solución cada vez más rica.
La lógica escalonada que se deriva es fácil de enunciar y difícil de sobreaplicar: espesar todo, filtrar solo lo que debe estar seco. Un espesador recupera agua al menor costo por tonelada de cualquier equipo; una prensa entrega torta manejable a un costo de capital y operación un orden de magnitud mayor por tonelada de sólidos. Los circuitos que se saltan el espesado y filtran pulpa cruda lo pagan en consumo de tela, polímero y área de prensa.
Qué parámetros dimensionan el equipo
Los de la tabla 1 aparecen en toda hoja de cálculo y son también los que más se citan sin base. Cada uno lleva una convención en húmedo o en seco que debe declararse: un 50 % de sólidos en húmedo no es el mismo número en seco, y una densidad calculada con la convención equivocada se desvía más que el margen de diseño.
Tabla 1 — Parámetros de diseño y rangos típicos
| Parámetro | Unidad | Rango | Base | Dónde gobierna |
|---|---|---|---|---|
| Sólidos en alimentación | % p/p | 15–45 (espesador); 30–55 (prensa) | húmeda | Área del espesador; ciclo de prensa |
| Flujo de área unitaria | t/m²/d | 2–8 (alta tasa); 0.3–1.5 (pasta) | sólidos secos | Diámetro del espesador |
| Densidad de descarga | % p/p | 50–65 (alta tasa); 65–72 (pasta) | húmeda | Balance de CCD; bombeo |
| Dosis de floculante | g/t sólidos secos | 10–40 | seca | Velocidad de sedimentación; OPEX |
| Humedad de torta | % p/p | 12–25 (prensa); 15–30 (vacío) | húmeda | Viabilidad de relave seco; acarreo |
| Tiempo de ciclo | min | 60–180 | por ciclo | Número de placas; producción |
| Relación de lavado CCD | t solución/t solución en descarga | 2.0–3.5 | líquida | Pérdida soluble; número de etapas |
| Claridad del rebose | mg/L sólidos | 100–300 | húmeda | Ensuciamiento de SX y EW |
El flujo de área unitaria merece el énfasis que casi nunca recibe. Un espesador de alta tasa a 6 t/m²/d trata 24,000 t/d de sólidos secos en 4,000 m², es decir 71 m de diámetro. El mismo servicio en pasta a 1.0 t/m²/d necesita 24,000 m², o 175 m de diámetro: por eso la pasta se elige por propiedades de descarga y geometría de relaves, no por economía de recuperación de agua. La humedad de torta se comporta distinto: no es variable independiente sino resultado de la granulometría, el tiempo de ciclo y el estado de la tela. Residuos de lixiviación de cuarzo floculado de 45–75 µm filtran típicamente a 16–20 % de humedad en una prensa con membrana, mientras los mismos sólidos en banda de vacío rara vez bajan de 24–28 %.
Cómo elegir entre espesador, prensa, vacío o centrífuga
Las cuatro familias se solapan menos de lo que sugieren sus folletos. Cada una tiene una característica de sedimentación o filtración que la hace ganadora para una alimentación definida, y la pregunta se responde primero por el producto requerido y luego por lo que la alimentación permite.
Tabla 2 — Comparación de familias de equipo
| Equipo | Sólidos de alimentación (% p/p) | Producto | Capacidad (t secas/m²/d) | CAPEX relativo | Mejor servicio |
|---|---|---|---|---|---|
| Espesador de alta tasa | 15–45 | Descarga 50–65 % p/p | 2–8 | 1.0 | Recuperación masiva de agua antes de CCD o filtración |
| Espesador de pasta | 20–50 | Descarga 65–72 % p/p | 0.3–1.5 | 1.5–2.0 | Descarga centralizada de relaves espesados |
| Filtro prensa (cámara/membrana) | 25–55 | Torta 12–25 % humedad | 0.05–0.3 | 2.5–4.0 | Torta seca para depósito en seco, mínima pérdida soluble |
| Filtro de banda de vacío | 30–60 | Torta 15–30 % humedad | 0.3–1.5 | 1.8–2.8 | Sólidos cristalinos gruesos de drenaje rápido |
| Filtro de tambor de vacío | 25–50 | Torta 15–30 % humedad | 0.3–1.2 | 2.0–3.0 | Servicio continuo con lavado en área pequeña |
| Centrífuga decantadora | 20–50 | Torta 10–20 % humedad | n/a (t/h) | 3.0–6.0 | Alimentaciones finas o viscosas que ciegan telas |
- Espesador de alta tasa cuando el servicio es recuperación masiva de agua y el paso siguiente tolera 55–65 % p/p; gana sobre unas 5,000 t/d de sólidos secos y cuando el producto no debe transportarse ni apilarse como torta.
- Espesador de pasta cuando el plan de relaves exige descarga densa que no segrega y la torta no se justifica por escasez de agua o clima; gana sobre alta tasa si la descarga debe superar 65 % p/p, y pierde si el área es cara, porque su flujo es una fracción del de alta tasa.
- Filtro prensa cuando la torta debe ser lo bastante seca para camión, apilado sin contención o repulpado sin líquido libre —generalmente bajo 20 % de humedad— o cuando la humedad de torta arrastra metal pagable; gana en sequedad y claridad de filtrado, pierde en producción por área y en mano de obra de telas.
- Filtro de banda o tambor de vacío cuando los sólidos son gruesos, cristalinos y drenan libre —residuo de EW lavado en banda, sales cristalizadas tras un tambor— y cuando la continuidad con etapas de lavado importa más que la sequedad final; pierde cuando la partícula baja de unos 45 µm, porque la torta se forma lento y el agrietamiento aspira aire en vez de líquido.
- Centrífuga solo cuando la alimentación ciega todas las telas probadas —arcillas muy finas, licores de laterita viscosos— y el servicio es lo bastante pequeño para tolerar su alto costo por tonelada.
CCD, relaves secos y fallas frecuentes
La tabla anterior cotiza máquinas; el balance de agua cotiza el diagrama. En CCD el cálculo de lavado no perdona atajos: con relación 2.5 y 90 % de eficiencia por etapa, cinco etapas recuperan más de 99.5 % de los valores disueltos, mientras con relación 1.8 las mismas cinco recuperan cerca de 98 %, lo que en una lixiviación de cobre de 50,000 t/d con 1.5 g/L en solución se mide en toneladas de cobre al día. Como cada etapa es un espesador, el capital escala con el número de etapas y con el flujo, y por eso el desempeño del floculante —y el diseño del feedwell— palanca todo el circuito mucho más allá de su costo por gramo.
El relave seco extiende la misma lógica al final: una instalación filtrada elimina la poza, recupera 85–90 % del agua que la poza retendría o evaporaría y es cada vez más un requisito de permiso en regiones áridas. La restricción es la humedad de torta: el depósito debe sostenerse con la humedad colocada, típicamente 12–18 % p/p en residuos finos, y ese número fija el tamaño de la prensa y la relación de lavado aguas arriba. El balance de agua queda fijado en tres puntos —descarga del espesador, relación de lavado y humedad de torta— que no se optimizan por separado; un proyecto que fija la humedad desde el diseño de relaves, dimensiona prensas para cumplirla y luego descubre que las etapas CCD sobredimensionaron el lavado ha gastado el capital dos veces por el mismo litro.
En operación, los fallos se presentan así: cegado de tela, con ciclo que se alarga y torta húmeda y delgada, por finos o sales precipitadas en el tejido, agravado por flóculos blandos de sobredosis — mida permeabilidad de tela contra una muestra nueva y lave a contracorriente o con ácido según la química. Rebose turbio, con sólidos que suben de menos de 100 a 500 mg/L o más y ensucian SX o EW, por flujo excesivo frente a la velocidad de sedimentación, feedwell inundado o dosis mal ajustada: verifique la sedimentación de una muestra fresca y baje la dosis antes de subirla. Humedad de torta alta, 2–4 puntos sobre la base de ensayo, por cegado, presión de membrana insuficiente o granulometría más fina: restituya primero la presión de membrana, que es lo más barato. Sobredosis de floculante, con dosis sobre 40–50 g/t, mayor viscosidad y par de rastrillaje, por preparación deficiente o compensación de un problema de feedwell. Arenado de descarga, con densidad fluctuante y cavitación, por gruesos que sedimentan más rápido de lo que el rastrillo evacúa. Desequilibrio de etapas CCD, con una etapa clara y la siguiente espesa: rebalancee el agua de lavado desde la última etapa hacia atrás. Y sarro de yeso, que quita capacidad a feedwell, canaletas y telas a la vez.
Costos y preguntas frecuentes
Rangos indicativos 2025, FOB equipo, sin instalación ni obra civil: espesador de alta tasa de 40–60 m, USD 1.5–4 M por unidad (floculante 0.5–1.5 USD/t de sólidos más potencia de rastrillaje); espesador de pasta de 25–40 m, USD 3–8 M; filtro prensa de 200–400 m², USD 0.4–1.5 M (telas, mano de obra y soplado de aire como OPEX dominante); banda de vacío de 40–80 m², USD 0.5–1.5 M con 8–15 kWh/t de sólidos; centrífuga decantadora, USD 0.3–0.8 M con 15–30 kWh/t. Tres observaciones cambian decisiones: el floculante es el mayor recurrente —a 25 g/t y USD 2.5/kg, un circuito de 24,000 t/d gasta unos USD 550,000 al año, así que una auditoría de dosis se paga varias veces—; la potencia de vacío se subestima a menudo y hace que una banda mediana consuma más energía que el espesador que debería precederla; y la humedad de torta vale dinero dos veces, como agua no comprada y como toneladas no transportadas.
Preguntas frecuentes
¿Cuándo conviene un espesador de pasta frente a uno de alta tasa?
Cuando la descarga debe superar unos 65 % p/p y comportarse como pulpa que no segrega, típicamente para descarga centralizada o de alta densidad donde no se justifica una torta filtrada. Hay que aceptar un flujo de área 3–10 veces menor y por tanto un diámetro mucho mayor. Si lo único que mueve la decisión es recuperar agua, el de alta tasa casi siempre es más barato por tonelada recuperada.
¿Cuántas etapas CCD necesito?
Trabaje hacia atrás desde la pérdida soluble aceptable: con 90 % de eficiencia y relación 2.5, cuatro etapas dan cerca de 99 % y cinco más de 99.5 %; con relación 1.8 hace falta una etapa más para el mismo resultado. Como cada etapa es un espesador con capital y operación completos, la respuesta práctica suele ser cuatro o cinco etapas, con la relación de lavado ajustada por ensayo y no por número de etapas.
Si está construyendo o recalificando un circuito de lixiviación, CCD o relaves y quiere el tren dimensionado contra su propio licor y sus sólidos, envíe el análisis de alimentación y el tonelaje. Criterios de proceso en la base de conocimiento y terminología en el glosario.