Los relaves de hematita son los materiales de desecho que quedan después de extraer hierro del mineral de hematita. Estos relaves se almacenan en grandes presas o estanques. Contienen cantidades significativas de hierro no recuperado, típicamente del 25 al 40 por ciento de Fe en muchos depósitos. Con la disminución de las reservas de mineral de hierro de alta ley en todo el mundo, el reprocesamiento de estos relaves se ha convertido en una opción atractiva. Este artículo explica cómo funciona el reprocesamiento de relaves de hematita, qué equipos se utilizan y por qué tiene sentido económico.
¿Qué son los relaves de hematita?
Los relaves de hematita son los materiales de desecho finamente molidos producidos durante el beneficio del mineral de hierro. Los relaves suelen almacenarse como pulpa húmeda en grandes instalaciones de almacenamiento de relaves. En algunas minas, los relaves acumulados pueden alcanzar más de 92 millones de toneladas con leyes de hierro entre el 25 y el 40 por ciento. Estos relaves aún contienen minerales de hierro valiosos que no se recuperaron debido a limitaciones en el circuito de procesamiento original.
¿Por qué reprocesar los relaves de hematita?
Hay tres razones principales para reprocesar los relaves de hematita.
Beneficios ambientales
El almacenamiento a gran escala y la disposición inadecuada de los relaves de hierro se han convertido en problemas clave que limitan el desarrollo sostenible de la industria minera mundial. Los relaves pueden causar migración de metales pesados por filtración y erosión eólica, lo que lleva a contaminación del agua, degradación del suelo y pérdida de biodiversidad. El reprocesamiento reduce el volumen de relaves almacenados en presas y disminuye el riesgo de fallas de presas.
Beneficios económicos
Reprocesar relaves cuesta mucho menos que desarrollar una nueva mina. Una mina grande de mineral de hierro típicamente requiere inversiones de miles de millones de dólares, mientras que un proyecto de reprocesamiento de relaves puede necesitar solo alrededor de 77,3 millones de dólares de capital inicial. Los costos operativos también son más bajos, a menudo menos de 1 dólar por tonelada de material procesado. Estos proyectos pueden ofrecer fuertes retornos financieros, con tasas internas de retorno de casi el 30 por ciento.
Eficiencia de recursos
A medida que los recursos de mineral de hierro de alta ley se agotan en todo el mundo, recuperar hierro de los relaves ayuda a satisfacer la creciente demanda de acero. Algunos proyectos avanzados de reprocesamiento pueden lograr tasas de recuperación de hierro de más del 88 por ciento, produciendo concentrado con un 68 por ciento de hierro o más.
Principales tecnologías para el reprocesamiento de relaves de hematita
Se pueden utilizar varias tecnologías para recuperar hierro de los relaves de hematita. La elección depende de la composición mineral de los relaves, el tamaño de partícula y los factores económicos.
Separación por gravedad
La separación por gravedad utiliza la diferencia de densidad entre la hematita (aproximadamente 5,3) y los minerales de ganga (aproximadamente 2,6 a 2,8). El equipo común incluye concentradores espirales, jig y mesas vibratorias. La separación por gravedad es rentable y no utiliza productos químicos. Funciona mejor para partículas gruesas de hematita. Para fracciones más finas, se necesitan otros métodos.
Separación magnética
La hematita es débilmente magnética, por lo que los separadores magnéticos de baja intensidad estándar no son efectivos. En su lugar, se utilizan separadores magnéticos de alta intensidad por vía húmeda (WHIMS). Los WHIMS pueden lograr más del 85 por ciento de recuperación de minerales que contienen hierro. Manejan material de alimentación de hasta 1,2 mm. Para las partículas más finas, se pueden utilizar separadores magnéticos de alto gradiente (HGMS).
Flotación
La flotación es muy eficaz para partículas finas de hematita. Utiliza reactivos para hacer que las partículas de hematita se adhieran a las burbujas de aire mientras la ganga permanece en la pulpa. La flotación inversa, que elimina la ganga de sílice, se usa comúnmente. Se agregan colectores como ácidos grasos, hidroxamatos o aminas etéreas, junto con depresores como el almidón para mejorar la selectividad. La flotación puede producir concentrados de alta ley incluso a partir de relaves de baja ley.
Procesos combinados
La mayoría de las plantas de reprocesamiento exitosas utilizan una combinación de métodos. Un proceso combinado típico incluye: pre-enriquecimiento magnético usando WHIMS para eliminar ganga gruesa, remolienda del concentrado magnético para liberar hematita fina, otra separación magnética y flotación inversa para eliminar la sílice restante y otras impurezas.
Tecnologías avanzadas: Transformación de fase mineral con hidrógeno (HMPT)
La HMPT es una tecnología emergente que transforma la hematita débilmente magnética en magnetita fuertemente magnética utilizando gas hidrógeno como agente reductor. Este proceso requiere temperaturas alrededor de 550°C y utiliza hidrógeno, no carbono, por lo que no produce emisiones de CO₂. Después de la HMPT, el material puede procesarse con separadores magnéticos de baja intensidad estándar. Las pruebas piloto han producido concentrados de hierro con más del 64 por ciento de hierro y un 75 por ciento de recuperación. Proyectos más grandes han logrado un 68 por ciento de hierro con un 88 por ciento de recuperación. La HMPT también crea microfisuras en las partículas de mineral, lo que ayuda a la molienda y separación posteriores.
Biolixiviación
La biolixiviación utiliza microorganismos para disolver el hierro de los relaves. Este método es ambientalmente sostenible y utiliza mínimos productos químicos. Los relaves ricos en goethita se disuelven más rápido, pero los relaves ricos en hematita también pueden lograr una disolución significativa de hierro con tiempos de lixiviación más largos.
Equipos para el reprocesamiento de relaves de hematita
Una planta de reprocesamiento completa incluye el siguiente equipo:
Preprocesamiento: Trituradoras, cribas, alimentadores de cinta, molinos de bolas y clasificadores para preparar los relaves para la separación.
Separación: WHIMS, separadores magnéticos de alto gradiente, celdas de flotación (modelos SF, JJF, BF, KYF y XCF), concentradores espirales, jigs y mesas vibratorias.
Deshidratación: Espesadores, filtros cerámicos y equipos de secado para producir concentrado seco.
Ejemplo de diagrama de flujo: Planta de recuperación de relaves de Chadormalu
La mina Chadormalu en Irán opera una de las plantas de reprocesamiento de relaves más antiguas. La planta utiliza tres pasos de repulpado con clasificadores espirales, seguidos de dos etapas de separación magnética para producir un concentrado de magnetita del 64 por ciento de Fe. Los relaves de los tambores magnéticos van a una sección de recuperación de hematita con dos etapas de separadores magnéticos de alto gradiente de anillo vertical, produciendo un concentrado de hematita del 60 por ciento de Fe. La planta ha operado durante más de diez años, produciendo 250,000 toneladas de concentrado de hierro anualmente.
Viabilidad económica del reprocesamiento de relaves
La economía del reprocesamiento de relaves es muy atractiva en comparación con la minería tradicional. Un proyecto reciente en Canadá requiere solo 77,3 millones de dólares en gastos de capital, una fracción de las inversiones de miles de millones de dólares típicas para nuevas minas de hierro. El gasto operativo es de solo 0,65 dólares por tonelada de material extraído. Este modelo de bajo costo ofrece una tasa interna de retorno del 29,6 por ciento y un valor actual neto de 92 millones de dólares.
El gigante minero brasileño Vale ya produce más de 26 millones de toneladas de mineral de hierro anualmente a partir de roca estéril y relaves, con aproximadamente el 80 por ciento del estado de Minas Gerais. La empresa espera que el 10 por ciento de su producción total de mineral de hierro provenga de materiales reutilizados para 2030.
Desafíos y consideraciones
Composición variable de los relaves
La calidad de los relaves puede cambiar con el tiempo a medida que nuevo material ingresa a la presa. Las plantas de procesamiento deben manejar variaciones en la alimentación.
Recuperación de partículas finas
Las partículas muy finas por debajo de 20 micrones son difíciles de recuperar con métodos estándar. Pueden necesitarse concentradores gravimétricos avanzados o columnas de flotación.
Permisos y regulaciones
Muchos países ahora tienen estándares específicos para los relaves de hierro utilizados en relleno de minas y restauración ecológica. El cumplimiento de estas regulaciones es esencial.
Conclusión
El reprocesamiento de relaves de hematita ofrece una forma rentable de recuperar hierro valioso de materiales de desecho. Con la disminución de las reservas de mineral de alta ley, los relaves se están convirtiendo en un recurso secundario cada vez más importante. Tecnologías como WHIMS, flotación y la transformación de fase mineral con hidrógeno hacen posibles altas tasas de recuperación. Los retornos económicos son sólidos y los beneficios ambientales son significativos. Dado que las empresas mineras enfrentan presión para reducir su huella ambiental y mejorar la eficiencia de recursos, el reprocesamiento de relaves probablemente se convertirá en una práctica estándar en la industria del mineral de hierro.