Optimización del Proceso de Cianuración con Reactivos Químicos

Resumen

Necesidades de Capacitación y Entrenamiento

Automatización de Procesos Metalúrgicos

Planta Piloto Automatizada en Procesamiento de Minerales

Evaluación del Entrenamiento y Capacitación

Identificación de Beneficios

Conclusiones

Referencias Bibliográficas

Ing. Jorge Bastante PazosJefe Dpto. Electrónica Industrial, Tecsup

Ing. Adolfo Marchese GarcíaJefe Dpto. Química-Metalurgia, Tecsup

Exposición presentada en INFOMINA 2004Lima, septiembre 2004

Evento organizado por el Instituto de Ingenieros de Minas del Perú

Con visión estratégica de lo que requiere el sector minero e industrial, y en razón a las crecientes necesidades de mejorar la productividad en las empresas, Tecsup asume el desafío de mantener el liderazgo en automatización, con la puesta en marcha de una planta piloto automatizada de concentración de minerales por flotación.

La planta piloto automatizada se caracteriza por ser una herramienta eficaz de transferencia de tecnología, a través de su aplicación en las carreras de formación de tecnólogos y en programas de entrenamiento y capacitación dirigidos a profesionales de la Industria.

Los programas de capacitación y transferencia de tecnología a las empresas son más eficientes al hacer uso intensivo de una planta piloto para experimentación y simulación de procesos. Las empresas pueden simular sus procesos, evaluar la forma de automatización y capacitar a su personal, antes de realizar la inversión y validar diversas estrategias, sin la necesidad de aplicarlas inicialmente en los procesos reales con los consiguientes beneficios.

La planta piloto cuenta con tres unidades operativas enlazadas: Circuito de molienda – clasificación, circuito de flotación y circuito de separación sólido – líquido.

El control de las variables en la planta se realiza mediante un sistema integrado por una red, que permite que desde una sala de control se realice el monitoreo, se reproduzcan las operaciones de la planta y se puedan simular procesos mediante software. El sistema permite también la simulación de otros procesos de industrias tales como alimentarias, cemento, petroquímica, etc.

El corazón del sistema de control de la planta es un sistema de control distribuido (DCS), conectado a los equipos de campo, en un arreglo tal, que permite medir y controlar variables industriales, de forma similar a lo que se aplica en los últimos grandes proyectos mineros e industriales.

El sector minero peruano ha experimentado importantes avances en el desarrollo de modernos procesos, en equipos nuevos u optimizados, y en operaciones unitarias. Actualmente, estamos en una etapa de captación y adaptación de tecnologías desarrolladas en otras latitudes, las que seguirán aplicándose en los futuros proyectos.

El vertiginoso avance de la tecnología obliga a un permanente monitoreo de las innovaciones y su incorporación a las operaciones y procesos mineros. En este contexto, la tecnología es considerada un factor estratégico en el desarrollo de los proyectos mineros.

Las modalidades de entrenamiento y capacitación para el sector minero se aplican de diversas formas, pero siempre está dirigido a atender necesidades reales a partir de diagnósticos bien elaborados; además, para verificar su eficiencia debe asegurarse su posterior aplicación en beneficio de la empresa. Las modalidades de capacitación más frecuentes son capacitación in situ, programas abiertos y cursos a la medida.

Los programas de capacitación y transferencia de tecnología en temas de automatización de procesos metalúrgicos son más eficientes al hacer uso intensivo de una planta piloto para experimentación y simulación de procesos. Con este es posible probar y validar diversas estrategias sin la necesidad de aplicarlas inicialmente en los procesos reales, con los consiguientes beneficios.

Tecsup cuenta con una planta piloto automatizada de concentración de minerales por flotación, es la primera en el país y una de las más avanzadas en tecnología a nivel internacional. La planta ha sido construida con los siguientes objetivos:

Capacitar en el control automático y supervisión de procesos metalúrgicos y adicionalmente en otros procesos industriales.

Ejecutar investigación aplicada en el procesamiento de minerales. Experimentar alternativas de solución a problemas de control. Evaluación de sistemas de gestión del mantenimiento.

Además, es conocido que el desarrollo de un proyecto minero metalúrgico exige el uso intensivo de tecnología. En el procesamiento de minerales, las variadas alternativas tecnológicas para el desarrollo de un proyecto requieren evaluaciones de laboratorio y pruebas piloto que demuestren su factibilidad. La planta piloto automatizada es de valiosa utilidad para efectuar las verificaciones y validar los procesos de toma de decisiones. Estos trabajos parten desde una necesidad identificada y planteada por la empresa minera, que se transfiere en forma de consultoría y otorga nuevos conocimientos del proceso a su personal.

La introducción de instrumentos de medición y sistemas de control en plantas concentradoras data desde la década de los años 60. Típicamente un proyecto de automatización de estas plantas tiene como objetivos:

Control y regulación del proceso para fines de mejora de eficiencia. Protección y seguridad del personal de operaciones. Protección y seguridad de la maquinaria. Protección del medio ambiente a fin de evitar la contaminación.

Este último objetivo plantea nuevas consideraciones a ser tomadas en cuenta. Por ejemplo, el control de la adición de reactivos de flotación no sólo tiene efecto con el ahorro en el gasto, sino que permite reducir su incidencia en el medio ambiente.

Las etapas de un proyecto de automatización a seguir son: Ingeniería básica, que define la filosofía a emplear. Ingeniería de detalle, que determina y específica los equipos a utilizar. La ejecución misma del proyecto.

Una planta concentradora típica, está dividida en secciones: Chancado, molienda, flotación, espesadores y filtros. En cada sección se determinará los parámetros y variables a medir y/o controlar como pueden ser: medición de presión, de peso de mineral en las fajas, medición de flujo, medición de densidad, medición de pH, control de dosificación de reactivos, etc.

Igualmente, se deberá definir el sistema de control y supervisión a emplear, el método o la forma de comunicación entre los equipos de control. En suma, se debe definir: la instrumentación de campo y el sistema de control.

Sistemas de Control

Las tecnologías de los equipos de control ha evolucionado, de tal forma, que cumplen los requerimientos en cuanto a funciones y algoritmos de control, así como los requerimientos de seguridad en las operaciones.

El uso de una computadora personal y el software de supervisión permiten tener los gráficos de la planta en la pantalla del computador. Este software tiene las siguientes funciones:

Presentar despliegues de gráficos del proceso Presentar información acerca del funcionamiento de la maquinaria. Presentar información del proceso. Presentar gráficos históricos de las variables principales. Presentar las alarmas y ocurrencias del proceso y la maquinaria. Emitir reportes de operación.

Estos equipos reciben la información de los sensores y medidores en la planta y ejecutan la lógica de control a fin de retornar las órdenes hacia la planta. Por ejemplo, se recibe la medida de peso de la balanza del molino y se envía la señal de mando para aumentar o reducir la carga según sea el caso; en resumen, los equipos de control tienen las siguientes funciones:

Ejecutar lógica de arranque/parada de las máquinas. Ejecutar los algoritmos de control de proceso. Recibir las señales de los dispositivos de campo. Enviar toda la información hacia el computador supervisor. Coordinar con los otros equipos de la planta.

Tecsup ha instalado una planta concentradora automatizada de flotación de minerales a nivel piloto, la primera en el país y una de las más avanzadas en tecnología a nivel internacional. La planta permite procesar alrededor de 100 a 150 lb/hora de mineral triturado.

La planta piloto tiene tres unidades operativas principales enlazadas que son:

Circuito molienda – clasificación. Circuito de flotación.

Circuito de separación sólido – líquido.

El control de las variables de proceso metalúrgico que influyen en la buena calidad del producto (concentrado) se realiza mediante un sistema integrado por una red, permite que desde una sala de control se monitorea y reproduzcan las operaciones de la planta y se puedan simular procesos metalúrgicos mediante software.

Como característica adicional se debe mencionar que cualquier etapa de la planta puede ser operada independientemente otorgando esto la flexibilidad requerida para fines de capacitación. A continuación una breve descripción de la planta:

Circuito Molienda – Clasificación

La etapa de molienda – clasificación prepara el mineral hasta tamaños de partículas de decenas de micrones, que permitan su posterior concentración en las celdas de flotación. El mineral se acopia en una tolva de finos que proveerá de mineral triturado al molino mediante una faja transportadora. La tolva de finos dispone de un sensor ultrasónico que indica el nivel de llenado de mineral. El molino trabaja en circuito cerrado con 2 hidrociclones. La adición de agua al molino se realiza desde dos tanques situados en el exterior.

El flujo de agua suministrado y la dosificación de mineral así como la velocidad de operación son gobernados por medio de Controlador Lógico Programable (PLC) y de un Panel de Operador con pantalla táctil (touch screen) a través del cual se pueden monitorear algunos parámetros fundamentales del proceso, tales como peso del mineral y flujo de agua y realizar algunas acciones de operación necesarias. Otras datos de variables operativas, tales como densidad y presión están disponibles para ser enviadas por el PLC a la sala de control, en la que será posible instalar un Estimador de Tamaño de Partícula (PSE), basado en un Sistema Experto, con el fin de optimizar el proceso de clasificación.

Circuito de flotación

El circuito de flotación consta de dos bancos, con 4 y 6 celdas, respectivamente, con agitación mecánica y suministro de aire mediante un soplador. La distribución de celdas está diseñada para modificar los circuitos de acuerdo al tipo de flotación que se requiera. La etapa de limpieza de concentrados obtenidos en los bancos de celdas se realiza en la celda columna, que es una unidad flotación vertical y fabricado con acrílico transparente; la agitación en esta celda no es mecánica sino neumática, y el aire es inyectado por su parte inferior.

Se dispone de un conjunto de 8 estanques pequeños de preparación de reactivos que se dosifican a las diferentes celdas de flotación e inclusive el molino, por medio de una red de tuberías de acero galvanizado. La dosificación se realiza mediante bombas peristálticas.

La Figura 1 ilustra parte del circuito de flotación.

Figura 1: Circuito de Celdas de Flotación

La automatización en ésta sección incluye sistemas de control de nivel de pulpa en las celdas cuyos dispositivos de medición son transmisores ultrasónicos, control de flujo de pulpa a través de válvulas proporcionales y densidad de pulpa. Esta etapa es gobernada por medio de dos controladores de procesos. Además se tiene el control sobre la dosificación de reactivos y monitoreo del pH.

La celda columna es totalmente automatizada, destacándose control de flujos de pulpa, aire, agua de lavado y reactivos, control de la altura de nivel de pulpa y colas de la celda, todo esto también a través de controladores de procesos.

Circuito de Separación sólido/líquido

La etapa de separación sólido-liquido tiene como objetivo el desaguado de los concentrados y consta de dos equipos principales: El espesador y el filtro de discos. Es importante destacar que este circuito puede ser utilizado por alguno de los circuitos de flotación.

La automatización en este circuito incluye un control de flujo de pulpa y flujos de descarga, el monitoreo del nivel de llenado del espesador, el nivel de vacío en el filtro y la velocidad de rotación del disco de vacío.

Tratamiento de relaves

La planta piloto dispone de una bomba central de sumidero activada por la acción de un medidor de nivel, cuya función principal es la de transportar todos los productos de deshecho que genere la planta hacia uno depósito de concreto situado en la parte exterior de la planta. Los relaves son productos de descarte que serán desaguados y ensacados para su posterior gestión y eliminación sin afectar el entorno.

Sistema de control

El corazón de la automatización de la planta es el Sistema de Control Distribuido (DCS) utilizado por importantes empresas de producción de nuestro país. Está basado en un controlador que reúne en un solo equipo las bondades de un PLC de alta capacidad de procesamiento y las de un controlador de procesos.

El DCS colecta la información de las diversas variables de la planta tales como densidad, temperatura, nivel, flujo, temperatura, pH, presión, peso y velocidad y realiza las acciones de control necesarias en función a las estrategias establecidas para cada una de las etapas de la planta.

Esta importante labor es ejecutada directamente ó indirectamente a través de la interacción con los controladores de procesos de las celdas de flotación, el PLC de la unidad de molienda-clasificación y el PLC del Centro de Control de Motores (CCM), responsable del manejo de los variadores de velocidad, importantes para la regulación fina de algunos motores AC.

La interacción del DCS con la instrumentación de campo se realiza a través de una red industrial que incluye la presencia

de protocolos de comunicación tales como Profibus, Modbus y Hart, además de la clásica señal analógica de 4-20 mA y señales discretas. Adicionalmente, permite la comunicación inalámbrica con computadoras portátiles que se emplea para configurar equipos de campo del tipo transmisores, controladores o PLC, estando previsto la posibilidad de efectuar el monitoreo y control por Internet.

La Figura 2 ilustra el sistema de control de la planta piloto.

Figura 2: Sistema de Control

Sistema parada de emergencia (ESD)

Tal como se aplica en todo proceso industrial, la planta piloto dispone de un ESD (Emergency Shutdown System), responsable de la seguridad de personal y equipos de procesos. Éste sistema es homologable a un PLC configurado únicamente para esta labor e independiente de las funciones del DCS, como es de esperar. En caso de recibir una señal proveniente de algún sensor de seguridad que indique una situación crítica o insegura, ejecutará las acciones necesarias para evitar un daño a algún equipo u operador.

Sala de Control

La sala de control cuenta con 2 computadoras principales en donde reside el software de configuración del DCS y ESD y el software de supervisión y control de procesos. Este último permite mostrar en pantalla las distintas etapas de la planta y monitorear las tendencias de las diferentes variables de las mismas, además de generar reportes y hacer las modificaciones necesarias de los parámetros de control para el funcionamiento óptimo de toda la planta.

Se dispone, adicionalmente, con otras 8 computadoras para fines de capacitación y perfeccionamiento en este software y que pueden interactuar en mayor o menor grado con los procesos de planta dependiendo de los niveles de seguridad otorgados; estas computadoras están conectadas en una red inalámbrica.

Un aspecto importante, tal como se ha señalado, es la posibilidad de simular procesos de otras industrias gracias al software especialmente dirigido a este fin. Con este es posible probar y validar diversas estrategias sin la necesidad de aplicarlas inicialmente en los procesos reales, lo que indudablemente será de beneficio para cualquier empresa de producción interesada en un medio que les permite hacer diversas pruebas en sus procesos, sin riesgo para posteriormente implementarlo, si lo consideran conveniente.

La evaluación de la capacitación y entrenamiento se debe centrar en el análisis de la eficacia y eficiencia, para optimizar el proceso seguido y la contribución de la capacitación a los objetivos de la empresa minera.

Eficacia

Es necesario conocer si se han alcanzado los objetivos de la capacitación, si éstos han permitido lograr los objetivos de recursos humanos y cómo han contribuido a alcanzar los objetivos estratégicos de la empresa minera, con lo que tendremos una idea clara de la eficacia de la capacitación.

Eficiencia

La eficiencia del proceso será conocido como resultado de evaluar la planificación, y hasta qué punto se cumplió con lo planificado al impartir la capacitación.

La evaluación “inmediata” al finalizar la capacitación permitirá conocer aspectos de la ejecución y satisfacción de los participantes que, si bien es importante, no proporciona datos relevantes del impacto en la mejora de los procesos y aporte a la consecución de objetivos estratégicos de la empresa minera.

Una evaluación “posterior” es menos frecuente pero más significativa para conocer el impacto en términos de aplicabilidad, utilidad y rentabilidad. Esta evaluación debe incluir datos objetivos de las operaciones, tales como: rendimientos, índices de accidentes, productividad, volumen de producción, etc. La rentabilidad deberá ser calculada en función de los objetivos operativos que se hubieran definido previamente; el método ROI es también aplicable en esta etapa.

Desde su puesta en marcha a inicios de 2004, la planta sirve para actividades académicas de formación de las seis carreras profesionales de Tecsup. Se estima que, a la fecha, se han impartido alrededor de 1500 horas-hombre de capacitación en este rubro.

La planta piloto automatizada también permite la capacitación del personal de la industria, tanto en conocimientos de muy avanzada y compleja tecnología, así como la capacitación básica de operación.

Los cursos que se desarrollan están dirigidos a operarios de planta que se entrenan en operaciones básicas, así como para instrumentistas, electrónicos o personal de mantenimiento, supervisores e ingenieros, diseñadores y personal de proyectos. Se estima que, a la fecha, se han impartido alrededor de 600 horas-hombre de capacitación en este rubro.

Los cursos se desarrollan en forma abierta pero otros se desarrollan en forma cerrada para cada empresa, utilizando su propia información técnica, lo que les permite simular las condiciones existentes o proyectadas de la planta.

A continuación se señalan los cursos por cada área tecnológica que se desarrollan con el uso de la planta piloto:

Automatización

- Configuración de instrumentos de campo - Programación y configuración de DCS - Control avanzado de procesos industriales - Integración de datos de planta con red administrativa - Sistemas de parada de emergencia - Supervisión y control de procesos por computadora - Configuración de equipos y sistemas de redes industriales - Programación de PLC

Procesamiento de Minerales

- Operaciones unitarias en plantas concentradoras - Procesos de concentración de minerales - Flotación de minerales - Celdas y reactivos de flotación - Muestreo de minerales y pulpas - Optimización de circuitos de molienda - Optimización de circuitos de flotación - Optimización de espesadores y filtros - Automatización de plantas concentradoras - Molienda de minerales

Producción

- Control estadístico de procesos de producción - Seguridad en plantas industriales - Gestión integrada seguridad, calidad y medio ambiente - Mantenimiento predictivo - Planeamiento del mantenimiento industrial - Aplicación de TPM en plantas industriales - Monitoreo y análisis de aguas industriales - Gestión de laboratorios de control de calidad

Por su configuración, la planta también permite la prestación de servicios de Investigación aplicada en las siguientes áreas tecnológicas:

Automatización

- Simulación de lazos de control - Evaluación de alternativas de automatización - Evaluación de aplicación de estrategias de control - Análisis de respuesta del sistema a fallas del proceso - Diseño de sistemas de parada de emergencia - Diseño de sistemas de comunicación de información de planta

Procesamiento de Minerales

- Flotación de minerales polimetalicos - Flotación de minerales auríferos - Optimización de circuitos de molienda - Optimización de circuitos de flotación - Evaluación de reactivos de flotación - Determinación de parámetros de diseño de plantas concentradora - Evaluación de reactivos floculantes - Evaluación de eficiencia de hidrociclones - Simulación de circuitos de molienda - Flotación columnar

Las modalidades de capacitación y entrenamiento para el sector minero se aplican de diversas formas, pero siempre está dirigido a atender necesidades reales a partir de diagnósticos bien elaborados; además, para verificar su eficiencia debe asegurarse su posterior aplicación en beneficio de la empresa. Las modalidades de capacitación más frecuentes son capacitación in situ, programas abiertos y cursos a la medida.

Los programas de capacitación y transferencia de tecnología a las empresas mineras son más eficientes al hacer uso intensivo de una planta piloto para experimentación y simulación de procesos. Con la planta es posible probar y validar diversas estrategias sin la necesidad de aplicarlas inicialmente en los procesos reales con los consiguientes beneficios.

Las crecientes necesidades de mejorar la productividad de los procesos seguirán impulsando la aplicación de nuevas tecnologías en la minería. También en la capacitación existen innovaciones basadas en nuevas metodologías y tecnologías que permiten mejorar la eficiencia de la inversión en la capacitación y su impacto en la empresa. El uso de plantas piloto es ejemplo de esta innovación.

Además, es conocido que el desarrollo de un proyecto minero exige el uso intensivo de tecnología. En el procesamiento de minerales, las variadas alternativas tecnológicas para el desarrollo de un proyecto requieren evaluaciones de laboratorio y pruebas piloto que demuestren su factibilidad. La planta piloto automatizada es de valiosa utilidad para efectuar las verificaciones y validar los procesos de toma de decisiones. Estos trabajos parten desde una necesidad identificada y planteada por la empresa minera, que se transfiere en forma de consultoría y otorga nuevos conocimientos del proceso a su personal.

El futuro de la automatización de procesos metalúrgicos está marcado por la aplicación de estrategias de control que correspondan de manera específica a las características especiales de cada proceso. Las crecientes necesidades de mejorar la productividad de los procesos seguirán impulsando, no solamente el desarrollo de equipamiento, sino especialmente la aplicación de herramientas de software basadas en inteligencia artificial, tales como lógica difusa, redes neuronales o sistemas expertos, que permitan optimizar los procesos, reduciendo los costos operativos.

El compromiso de las instituciones educativas de alta especialización será aplicar las nuevas tecnologías en la formación, capacitación y entrenamiento de profesionales que contribuyan al desarrollo de las empresas peruanas.