Comprender las manchas abrasivas en la minería

Las mezclas abrasivas son mezclas heterogéneas de partículas sólidas suspendidas en un líquido, normalmente agua, pero a veces con aditivos químicos o fluidos de proceso. En operaciones mineras, estas manchas surgen de trituración, molienda, flotación, lixiviación y manejo de colas. La fase sólida puede incluir minerales duros y afilados como cuarzo, magnetita, o mineral de cobre, a menudo disuelto

El principal desafío con las manchas abrasivas es el desgaste acelerado en los componentes de la bomba. Las partículas impactan las superficies a altas velocidades, causando erosión, aumento y fatiga. Simultáneamente, el ataque químico puede corroer metales y degradar elastómeros. Los extremos de la temperatura añaden estrés térmico. Una bomba que se desajusta a la abrasividad esencial de la lona puede fallar prematuramente, lo antes posible

Caracterización de la lotería: Fundación de la selección de bombas

Antes de elegir una bomba, caracterizar la lotería con respecto a los siguientes parámetros:

  • Distribución del tamaño de partículas (PSD)] – El tamaño de partículas más grande, el contenido de las multas y el porcentaje de partículas por encima de un tamaño crítico que puede causar un desgaste rápido.
  • Concentración sólida] – Porcentaje de peso o volumen de sólidos. Las concentraciones superiores aumentan la viscosidad y el potencial de abrasión.
  • La densidad y la velocidad de ajuste – Determina la tendencia de los sólidos a establecerse en la bomba y tubería, afectando el tamaño de la bomba y la cabeza de succión positiva neta (NPSH).
  • pH y composición química] – Las manchas acidicales o alcalinas requieren materiales resistentes a la corrosión; los cloruros disueltos o sulfatos pueden atacar metales y cauchos.
  • Temperatura – Afecta la fuerza material, la flexibilidad elastómero y el riesgo de cavitación.
  • Índice de la acerecia o factor de desgaste] – Medición de laboratorio que cuantifica el potencial de desgaste de la lotería; utilizado para estimar la vida útil de la bomba.

La caracterización precisa permite a los ingenieros igualar el diseño hidráulico de la bomba y la selección de materiales a las condiciones de servicio exactas. Por ejemplo, una mezcla con partículas de cuarzo de 10 pulgadas; mm a 40% de sólidos por peso exigirá una bomba diferente que una fina lodo de arcilla en 20% sólidos con un pH de 2.

Tipos de bombas para las lurries abrasivas

Cada diseño de la bomba ofrece ventajas y limitaciones distintas. Los tipos más comunes utilizados en la minería se describen a continuación, con énfasis en su capacidad de manejar la abrasión.

Bombas centrífugas de lodo

Estas son las piezas de procesamiento de minerales. Bombas centrífugas de lodo están diseñadas con amplios pasajes de impulsor abiertos para acomodar partículas grandes y una reducción de la velocidad de rotación para minimizar el desgaste.

  • Manchas de goma pesada] – A menudo fabricadas en hierro de alta cromo (por ejemplo, 28% de cromo) o forradas con goma gruesa o poliuretano.
  • Expeller o sellos dinámicos – Reducir la fuga y eliminar la necesidad de agua de glándula en muchas aplicaciones.
  • Piezas de desgaste ajustables – Impeller, placas de tracción y revestimiento son reemplazables para extender la vida útil de la bomba.

Las bombas centrífugas de lodo están disponibles en configuraciones horizontales (bomba de lodo horizontal - serie HH) y verticales (bomba sumergible o de sumidero) y son ideales para altas velocidades de flujo y cabezas moderadas a altas. Sin embargo, son menos eficientes a bajas velocidades de flujo y pueden experimentar un desgaste rápido si se opera desde su mejor punto de eficiencia (BEP).

Bombas de piston y Plunger

Bombas de desplazamiento positivas, como los tipos de pistón y émbolo, se utilizan para aplicaciones de alta presión como tuberías de pulverización de larga distancia o autoclaves alimentadores. Pueden manejar presiones muy altas y son menos sensibles a los cambios de viscosidad que las bombas centrífugas. Sin embargo, sus partes móviles (pistones, embalajes, válvulas) están directamente expuestas a la pulsión, lo que conduce a un desgaste severo a menos que los materiales especializados y sistemas de abras.

Bombas peristálticas (Hose)

Las bombas peristálticas funcionan comprimendo una manguera o tubo flexible contra la carcasa de la bomba, creando un apretón en movimiento que propele el remolino hacia adelante. La lotería permanece completamente dentro de la manguera, sin ponerse en contacto con las partes móviles de la bomba. Este diseño ofrece varias ventajas para las roturas abrasivas:

  • desgaste mínimo – Sólo el manguera lleva; el cuerpo de la bomba y los rodillos duran indefinidamente.
  • Excelente para las lurries sensibles a las lágrimas o de alta viscosidad] – No hay impacto de impingimiento o de alta velocidad.
  • Autoprimiendo y puede correr seco – Ideal para transferencia de sumideros o servicio intermitente.

Las desventajas incluyen tasas de flujo limitadas y capacidad de presión (normalmente hasta 15 púltinsp;bar o 200 péntreps;psi) y mayor costo de funcionamiento por litro debido a la sustitución de la manguera cada pocas horas. Sin embargo, las bombas peristálticas se utilizan cada vez más en el pienso de prensa filtrante, el desnivel de la presión y las aplicaciones de dosificación química.

Bombas verticales de husillo

Las bombas verticales de husillo, también llamadas bombas verticales de cantilever, están diseñadas para bombear de sumideros profundos o minas subterráneas. Su montaje largo de eje y rodamientos permiten que la cabeza de la bomba se sumerja en la lona mientras el motor permanece por encima de la calidad. Estas bombas están construidas robustamente con materiales endurecidos y se utilizan a menudo para deshidratar minas, reclamar colas y realizar tareas de descarga de molino.

Otras bombas especializadas

  • Bombas de lodo sumergibles – Sumergibles eléctricos con piezas de desgaste de alta resistencia, utilizadas para el deshidratado y la transferencia de lodo en la cabina.
  • Bombas de diaphragm – Bombas de desplazamiento positivo con un diafragma flexible que aisla la lona del mecanismo de la unidad. Ofrecen una buena resistencia al desgaste y se utilizan para aplicaciones de baja corriente y alta cabeza.
  • Bombas de cavidad progresiva] – Adecuado para las lurries muy viscosas o gruesas con baja abrasividad; no recomendado para partículas muy duras debido al desgaste de estator.

Criterios de selección clave

Elegir la bomba adecuada implica equilibrar muchos factores. Los siguientes criterios deben ser evaluados sistemáticamente:

Resistencia al desgaste y materiales

El factor más crítico es la capacidad de los componentes de la bomba para resistir la erosión y la corrosión.

  • Hierro blanco de alta cromo – Excelente para la abrasión extrema de partículas duras (la dureza de los Mohs √≥5). Las calificaciones típicas son HC100, HC200, o HC250 (25-28% Cr). Dureza hasta 600-700 BHN.
  • Caucho natural – Ideal para las lurries finas y abrasivas con pH 4-12 y temperaturas hasta 70 m2; °C. El caucho absorbe el impacto y resiste el desgaste deslizante.
  • Polyurethane – Bien por abrasión moderada y productos químicos; puede ser utilizado en revestimientos delgados para aplicaciones de servicio ligero.
  • Ceramics] – Aplicado como insertos en zonas de alta costura (imeller, anillos de desgaste) para las lurries ultraabrasivas, pero costosas y frágiles.
  • Aceros ininterrumpidos (duplex, super duplex) ] – Se utiliza cuando la corrosión es la preocupación principal y la abrasión es baja.

A menudo se utiliza una combinación: casquillo metálico para la fuerza estructural con revestimientos de goma o poliuretano que pueden ser reemplazados. La vida de desgaste de estos materiales se puede estimar usando pruebas de desgaste como el número Miller o ASTM G75 (Miller wet-abrasion test).

Rendimiento hidráulico: Flujo de flujo y cabeza

La bomba debe entregar la velocidad de flujo requerida (Q) y la cabeza dinámica total (TDH) en el punto de funcionamiento del sistema. Para las bombas centrífugas, es esencial seleccionar una bomba que opera cerca de su mejor punto de eficiencia para minimizar el desgaste y el consumo de energía. Operar lejos de BEP puede causar recirculación, vibración y impacto acelerado de partículas. Usar curvas de bomba publicadas por los fabricantes y asegurar el punto de servicio real coincide con el rendimiento de la válvula determinada.

Cabeza de Succión Positiva (NPSH)

Las manchas abrasivas suelen contener burbujas de aire o gas, y el contenido de sólidos altos puede alterar la presión de vapor. La cavitación debe evitarse porque destruye los revestimientos resistentes al desgaste y causa una erosión rápida. La NPSH (NPSHR) necesaria de la bomba de succión debe ser inferior a la NPSH disponible (NPSHA) en todas las condiciones de operación.

Tamaño y forma de partículas

El tamaño máximo de la partícula determina el tamaño mínimo del paso del impulsor. Como regla, la bomba debe tener un diámetro de paso al menos tres veces la dimensión de partículas más grande. Las partículas afiladas y afiladas son más abrasivas que las redondeadas. Las manchas con un alto contenido de multas (menos 200 mallas) pueden aumentar la viscosidad y reducir la eficiencia de la bomba.

Mantenimiento y acceso

El tiempo de inactividad de bomba en una mina puede costar decenas de miles de dólares por hora. Seleccione las bombas que ofrecen:

  • Fácil acceso a las piezas de desgaste sin inquietante tubería.
  • Diseño de retroceso para un mantenimiento rápido.
  • Piezas de repuesto estandarizadas y disponibles.
  • Construcción modular que permite la modernización de materiales más duraderos.

Fabricantes como Weir Minerals, ]Warman], Sulzer, y Grundfos[ ofrecen líneas de productos específicas para los servicios abrasivos.

Prácticas óptimas operativas para la vida útil de bomba larga

Incluso la mejor bomba fallará prematuramente si no funciona y mantiene correctamente. Las siguientes prácticas se prueban que extienden el tiempo medio entre fallos (MTBF):

Proper Sizing y Piping Layout

Las bombas subsidiadas funcionan a velocidades más altas, aumentando el desgaste. Bombas desperdiciadas y pueden causar recirculación de flujo bajo. Asegurar que la curva de la cabeza del sistema es precisa y la bomba funciona en su BEP. El tubo debe ser tan corto y recto como sea posible, con curvas de largo radio para reducir la turbulencia y la impingación de partículas.

Sistemas de sellado y de flujo

Los sellos mecánicos son el punto de falla más común. Para las manchas abrasivas, considere el uso de:

  • Sello sínmico (expeller o repeller) – Usa un impulsor secundario para crear una barrera líquida, eliminando la necesidad de un sello.
  • Sellos mecánicos de color con fluido de barrera] – El fluido de barrera se mantiene a una presión superior que el lodo, evitando que las partículas alcancen las caras de sellado.
  • El embalaje de tierras con agua de descarga – Tradicional pero requiere un ajuste cuidadoso y conservación del agua.

Siempre siga la recomendación del fabricante para el tipo de cierre de sello y la velocidad de flujo.

Monitorización de los tejidos sincronizados

Implementar un programa de medición de desgaste: medir el diámetro del impulsor, el espesor del revestimiento de casquillo y el uso de la garganta en intervalos programados. Compare las mediciones a la base para predecir la vida restante. Use sensores de desgaste o medidores de espesor ultrasónicos en áreas críticas. Algunas bombas modernas vienen con sistemas de monitoreo de desgaste integrados que alertan a los operadores cuando se usan los revestimientos.

Spare Parts Management

Stock de partes de desgaste crítico (impeller, liner set, tragamonedas, sellos mecánicos) para al menos una reconstrucción completa. Debido a que los tipos de desgaste varían, mantenga un registro de consumo de piezas y ajuste el inventario en consecuencia. Considere la asociación con un proveedor que ofrece un programa de intercambio de piezas de desgaste para reducir los tiempos de plomo.

Capacitación de Operadores

Los operadores de trenes reconocen los síntomas del desgaste o mal funcionamiento: aumento de la vibración (lecturas acelerométricas), mayor amperaje del motor, menor flujo, fuga de lodo de sellos o ruido inusual (incidencia de la cámara o los sólidos).

Estudio de caso: Selección de bombas para una aplicación de cubiertas de minas de cobre

El frigorífico de cobre se redujo a 800 horas de trabajo, con una superficie de caucho de alta calidad, con un aumento de la temperatura de 25 unidades de caucho, oC, con una reducción de la presión de la bomba de caucho de alta calidad, con una reducción de 600 mil horas de goma.

Este ejemplo ilustra que la selección de materiales es tan importante como el diseño hidráulico. Para las lurries finas, abrasivas, el caucho a menudo supera el metal, mientras que para partículas gruesas y afiladas, el hierro de alta cromo es superior. Pruebas de desgaste de laboratorio (por ejemplo, ASTM G75) deben ser realizadas en su propia lotería para confirmar el mejor material.

Tendencias emergentes en la tecnología de bombas de lodo

Las innovaciones siguen mejorando la fiabilidad y el rendimiento de las bombas:

  • Bombas inteligentes con sensores IoT – Vibración, temperatura y datos de desgaste en tiempo real permiten el mantenimiento predictivo y reducen las paradas no planificadas.
  • Fabricación adicional de piezas de bomba – Impulsores y revestimientos impresos en 3D con geometrías complejas y materiales de grado pueden optimizar la distribución del desgaste.
  • Elastómeros avanzados – Las nuevas mezclas de poliuretano y compuestos de goma con cerámica ofrecen una mejor resistencia a la abrasión que el caucho natural.
  • ]Propulsiones de velocidades (VSD): Permitir un control preciso de la velocidad de la bomba para ajustarse a las condiciones de proceso cambiantes, reduciendo el desgaste a un flujo reducido.

Para más información sobre los últimos diseños de bombas de lodo y estudios de casos, consulte los recursos técnicos de Weir Minerals o el SAGIND Engineering Group, que publica extensos artículos blancos sobre el desgaste de bombas y la selección.

Conclusión

Elegir la bomba adecuada para las rosuras abrasivas en la minería es un proceso sistemático que comienza con la caracterización precisa de lodo y termina con un sistema bien mantenido que opera dentro de sus parámetros diseñados. El tipo de bomba debe coincidir con el tamaño de partículas de lodo, concentración, abrasividad y química. Selección de materiales —ya sea de hierro de alta cromo, caucho o margen de poliuretano— es la decisión más importante para ampliar la vida

Siguiendo la orientación que se ha expuesto y aprovechando la experiencia del fabricante, las operaciones mineras pueden reducir considerablemente el costo total de la propiedad, reducir al mínimo las horas de inactividad y mejorar la seguridad del personal que maneja estos materiales exigentes. La inversión en una selección cuidadosa de bombas paga por sí misma muchas veces durante la vida de una mina.