Evaluación de los efectos ambientales del Bulk Ore Sorting con tecnología PGNAA comparados a los métodos tradicionales de procesamiento

• Kelly Elizabeth Huamantinco Pumacahua
• Sept. 3, 2023

 

I. INTRODUCCIÓN

Al igual que muchas industrias que implementan tecnología, la industria minera no es la excepción hoy en día. Utilizar la tecnología de detección avanzada conocido como bulk ore Sorting generará un efecto positivo o negativo ambiental, de consumo de agua y de energía.

Es por ello, que este artículo tiene la finalidad de dar a conocer la aplicación de Bulk Ore Sorting con tecnología PGNAA utilizada alrededor del mundo y que recientemente está siendo aplicada en Latinoamérica-Brasil.

 

II. BULK ORE SORTING

Es la tecnología de detección avanzada utilizada para separar los minerales valiosos de los no valiosos en grandes cantidades de material, lo que mejora la eficiencia y la rentabilidad de las operaciones mineras

El Bulk Ore Sorting en minerales es un concepto muy amplio que incluye la clasificación por leyes, tamaño de partícula y mineralogía en muchos procesos mineralógicos diferentes. Es una técnica innovadora que utiliza tecnología de detección avanzada para separar los minerales valiosos de los no valiosos en grandes cantidades de material, lo que mejora la eficiencia y la rentabilidad de las operaciones mineras.

2.1. Historia y funcionamiento

Es aplicado en los años 1800 donde los detectores y sensores simplemente eran los ojos de los trabajadores, se identificaba donde se encontraba el metal de forma nativa por color, esto permitía tomar y realizar una preconcentración del material que se estaba procesando.

Figura N1. Bulk Ore Sorting estilo año 1800

 

 

Hoy en día la tecnología ha ido avanzando y hay distintos tipos de concentración como las palas transportadoras con sensores que mejoran la calidad de material que ingresará a la planta de procesos. Hay equipos de preconcentración con rayos X, estos trabajan con bajos tonelajes y hacen la separación por aire, equipos de resonancia y diversos equipos de preconcentración.

 

Figura N2. Uso de sensor inalámbrico en camión pala cargador

 

 

Figura N3. Clasificador de minerales inteligente de rayos X

 

2.2. Técnica Nuclear

Para este análisis el material se expone a un flujo de neutrones y como los neutrones carecen de carga eléctrica no sufren la acción de campos eléctricos ni magnéticos; por eso son capaces de atravesar grandes espesores del material. Cuando un neutrón choca con un átomo le cede parte de su energía mediante la acción de choques elásticos (se conserva la energía del sistema) e inelásticos (la energía del sistema se convierte en excitación interna del núcleo). Una fuente de neutrones 252 ( Cf) emite neutrones rápidos, los cuales son frenados por los múltiples choques elásticos hasta alcanzar una energía de 0,025 eV; estos neutrones son conocidos como neutrones térmicos. La reacción más probable que se produce entre los neutrones térmicos y los núcleos es la captura neutrónica con la producción de un fotón gamma, donde el neutrón es absorbido por el núcleo produciendo un isótopo diferente (figura N4).El nucleo exitado emite unas 5 radiaciones gamma de alta energía al retornar a un estado de equilibrio.

 

 

Figura N4. Esquema de la reacción nuclear de captura neutrónica

 

 

 

III. Bulk Ore Sorting utilizando sensores

 

El proceso inicia con la llegada de una pala transportando material hacia un tamiz para evitar que ingresen las rocas más grandes, pasan por un rodillo que se encargan de reducir el tamaño de roca e inmediatamente pasan al sensor que por radiación empieza a leer y esta lectura se envía al sistema mecánico. Evidentemente los sensores tienen limitaciones que básicamente es el tiempo de respuesta de 1min a 5 min en entregar el dato. Se separa el de baja ley. El sistema de rechazo con una especie de tamiz donde pasan los finos, puesto que aquí es donde podemos encontrar aún materiales valiosos.

 

Finalmente llega el camión donde se observa de rojo Baja ley despreciable y verde Alta ley importante.

 

Conoce más sobre las los sensores en el siguiente video.

 

 

 

 

Figura N6. Material antes de llegar a tanques de Lixiviación

 

 

 

Figura N3. Lixiviación – Plantas concentradoras

 

3.1. Tendencias de agilizar la eficiencia de Bulk Ore Testing

Después de realizar varios estudios de mercado donde se aplica Bulk Ore Sorting se determinó que hay una tendencia de que sea aplicada en la construcción de Stock Pile, esto quiere decir que sea utilizado antes de eliminar el material después de ser volado, puesto que generó ya un costo, si los metales tienen precios altos, no tiene sentido enviar material de baja ley al desmonte sino hacer una campaña de material antes.

Esto aplica a planta de hidrometalurgia o plantas concentradoras. Conocer y ganar tiempo antes de molienda o antes de que llegue a los tanques de lixiviación. ( MMD’s,2022 )

 

3.2.  Aplicación de Bulk Ore Testing

Básicamente de forma como se encuentra los minerales (homogéneas o heterogéneos) teóricamente idealizando el Bul Ore Sorting puede ser aplicado, pero debemos hacer pruebas para identificar de qué manera se va a aplicar mejor el Bulk Ore Sorting, lo que recomienda SRK es que trabajemos con minerales heterogéneos , en el caso que uno quiera incrementar la ley y eliminar material , en cambio sí es homogéneo se le destina a la construcción de Stoke Pile  como si fuera la historia clínica de un paciente.

Al poder pasar por el sensor se determina los elementos que se encuentran y de esa manera se destina los materiales, el metalurgista o la gente de operaciones y procesos en la planta concentradora se puede anticipar de 1 día hasta 3 días y determinar el estándar de flotación adecuada y de esta manera maximizar la recuperación. (SRK Consulting, 2019)

 

 

 

Figura N4. Minerales en bloques

 

 

3.3.  Funcionamiento del Prompt Gamma Neutron Activation Analysis

Fue desarrollada en la década de 1970 en su forma más básica. La técnica de análisis de activación de neutrones con gamma rápida o abreviado, PGN Double A.

Las partículas de neutrones alcanzan el núcleo de los átomos en el material y lo excitan temporalmente. En ese momento se emiten rayos gamma con una energía específica para cada elemento.

A través del análisis de estas energías se identifica en tiempo real la química del material.

La cantidad de rayos gamma y la energía de los rayos gamma liberados son las únicas para un elemento específico.

En ese proceso, podemos considerar este conjunto de rayos gamma generados como una “firma” o “huella dactilar” exclusiva del elemento. El número de rayos gamma liberados se muestra en el eje Y, y la energía de los rayos gamma en el eje X.

Cada elemento tendrá un pico y una forma únicos en este espectro de energía.

Esta información hace posible identificar y calificar elementos. Para inducir la emisión de rayos gamma, necesitamos una fuente continua de neutrones. La fuente suele ser un único isótopo radiactivo, como el californio-252 o una combinación de isótopos, como el americio-241 y el berilio.

 

Figura N5. Fuente de neutrones

 

 

Proporcionar una fuente de neutrones es una excelente oportunidad para optimizar y controlar el proceso de manera segura. Scanmin utiliza un isotopo Americio-241/Berilio-0 ”Ambe” para abreviar- como su fuente.

AMBE tiene una vida media de 432 años en comparación con el californio CF252 con una vida de 2.5 años.

Cada continente tiene sus propios fabricantes en tecnología, cada uno en base a sus criterios y en base a sus conocimientos y capacidades se ha ido enfocando bajo un tipo de radiación.

Todos a excepción de Scanmin utilizan fuentes de California, siendo el principal problema de California tener un tiempo de vida de 2.5 años.

Esto quiere decir que cada 2.5 años tiene que hacer una recarga, que implica costos adicionales, administración, requisitos de calibración, gestiones y licencias.

Scanmin ha desarrollado en África una fuente de Neutrones basado en americio y berilio, ya no es de 2.5 años de vida sino se ha incremente a 432 años, el cliente dejó de preocuparse por el tiempo de vida de la fuente.

Actualmente hay tubos generadores eléctricos que tienen tiempo de vida media de un año, costos altos y limitado el tema de producción. También hay generadores de neutrones eléctricos que se cargan por hidrógeno pero que la carga se realiza cada 3 años.

Los sistemas de enfriamiento son costosos y que a la larga es más tedioso, cuando el cliente tiene un analizador que le genera valor, entonces empieza a perder confianza. 

Sabías que muchos de los analizadores indican que el 20 al 30% de los equipos que están ya instalados no opera y eso debido a que los fabricantes únicamente se dedican a vender equipos y no a vender valor, no le indican correctamente el significado de mejora que genera el equipo, simplemente quieren que el comprador le encuentre el valor.

El proceso básico se puede optimizar aplicando los principios de la física presentados durante el bombardeo de millones de neutrones por segundo y la emisión de los rayos gamma asociados.

Después del bombardeo de neutrones, la emisión de rayos gamma ocurre en varias fases. Dentro de los primeros diez microsegundos ocurre la dispersión inelástica de neutrones cuando los electrones con niveles de energía por encima de 1 mega electrón voltio entran en el material.

A medida que ocurre las colisiones, los neutrones rápidos se desaceleran, pierden energía y se termalizan.

En el momento de los 1000 microsegundos, los neutrones en el material con niveles de energía alrededor de 0.25 mega electrón voltios producen reacciones que liberan rayos gamma de captura de neutrones térmicos (TNC, por sus siglas en ingles).

Todos los analizadores necesitan PGNAA utilizan rayos gamma de captura de neutrones térmicos para el análisis. En los análisis PGNAA que utilizan Californio-F252 como fuente de neutrones, el analizador no puede medir la dispersión inelástica de neutrones debido a que la energía de la fuente es demasiado baja. Esto significa que no es capaz de medir elementos orgánicos.

VI. DISCUSIÓN

Generar un ingreso de material de menor calidad puede conducir a una reducción de producción en mina. Tradicionalmente como solución se optaba por aumentar la capacidad de producción lo que incurría a mayor gasto de capital. Ahora imaginemos que actualmente tenemos la posibilidad de extraer material valioso en toneladas de depósitos de baja Ley en tiempo real.

Recordemos que el aumento en la recuperación y la rentabilidad dan como resultado una extensión de la vida útil de la mina, lo que aumenta el retorno de la inversión en la mina y retrasa la costosa rehabilitación del sitio.

Es emocionante ver cómo han avanzado hacia aplicaciones prácticas en la minería. El perfil de la concentración del elemento de interés de la perforación en función de la profundidad que se obtiene con esta técnica, es una información que permite conocer cómo es la distribución del mineral de interés en la cantera y permitirá realizar una mejor proyección de explotación de la cantera. Los resultados que se obtienen son rápidos y prácticamente después de realizar la medición.

V. CONCLUSIÓN

Si queremos que el Perú sea una potencia mundial debemos empezar por agilizar nuestros procesos en minería y esto también significa hacer investigaciones sobre lo que nos diferencia con los otros países, que están implementando y por qué van por el buen camino, pero con los pies bien puestos sobre la tierra observando nuestras propias condiciones y bases legales actuales que tenemos del gobierno.

 

Los permisos de operación son uno de los mayores problemas que enfrenta la industria minera en la actualidad. A menudo, el impacto ambiental, el consumo de agua y energía están en la parte superior de la lista de preocupaciones del gobierno.

El Ore Sorting puede tener un impacto positivo en los tres.

 

• En una planta de flotación convencional, se necesitan hasta 700L / t de agua para el procesamiento. El procesamiento de menos desperdicio y materiales de baja calidad da como resultado una reducción en el uso de agua, lo que puede reducir los costos de suministro de agua o los costos operativos de una planta desalinadora y el filtrado de agua al final del proceso. También reduce la cantidad de agua que termina en una presa de relaves.

• La molienda y la trituración de mineral consume altos rangos de energía y representa aproximadamente el 3-5% del uso de energía del mundo. Cada tonelada de desmonte (ganga) que no se procesan reduce los costos de trituración y los costos asociados de desgaste y mantenimiento de los equipos.

• El rechazo previo del material de baja ley (desmonte) reduce el tamaño la planta de procesamiento, presa de relave y la inversión de capital. 

Asimismo, para estimar la distancia máxima de proyección de rocas durante operaciones mineras, las redes neuronales han permitido establecer correlaciones significativas entre las predicciones y los resultados observados, mejorando así la seguridad al momento de evacuar los equipos y personas.

 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

- Janampa, Eduardo (2023) Bulk Ore Sorting utilizando tecnología PGNAA.

- Zanabria,C.,Medina,R.,Gilvonio, L.,Munive, M.,Baltuno, O. & Sol, J.(2008). Análisis in situ de la cantera de caliza usando análisis por activación neutrónica de gammas inmediatos.