El negocio minero utiliza la estrategia del mejoramiento continuo con el fin de aumentar la productividad, eficiencia y rentabilidad. Un negocio bien integrado permite el cumplimiento de estos objetivos a través de una conexión holística entre el entendimiento técnico de los procesos, variabilidad del mineral, optimización económica y la exploración eficiente de nuevos escenarios.
Al mismo tiempo, esta integración de información debe ser desarrollada a partir de un punto de visto sostenible del negocio. No obstante, la industria minera está enfrentando un ambiente desafiante el cual debe ser tomado en cuenta para implementar exitosamente una estrategia de integración del negocio.
Actuales desafíos en la industria minera: búsqueda de un enfoque geometalúrgico avanzado
Actualmente, los recursos geológicos de alta complejidad, la disminución de las leyes de mineral y la incertidumbre de lograr un desempeño metalúrgico aceptable al procesar estos minerales hacen que el proceso de caracterización sea extenuante y costoso.
En ese escenario, se requiere de información mineralógica de alta calidad y confiable para caracterizar el comportamiento metalúrgico a diferentes condiciones operacionales. Por ende, esta integración debe ser vinculada al entendimiento técnico y económico del proceso para lograr desempeños metalúrgicos que aseguren un beneficio económico sostenible, como la implementación de una estrategia geometalúrgica.
Para este propósito, la digitalización de la información permite una mejor descripción del proceso, una gestión eficiente de la data en tiempo real y mejora el monitoreo y control de los circuitos. En este contexto, se utilizaron aplicaciones de Gemelos Digitales para mapear diferentes escenarios de procesamiento, considerando condiciones operacionales alternativas y variabilidad de las características del mineral para definir las condiciones de borde de este.
Hoy en día, se requiere de manera urgente, la integración de la data geometalúrgica, las características del mineral de alimentación y la data en línea de planta en conjunto con un modelo dinámico detallado basado en el mineral procesado. Adicionalmente, una descripción fenomenológica de la planta industrial es un aspecto crítico que considerar.
Sin embargo, esto puede ser desafiante, costoso y extenso. Para abordar esta problemática, la evaluación del desempeño del proceso de forma contextual por medio de una planta piloto es beneficioso para reducir la incertidumbre de los resultados metalúrgicos.
Además, la potenciación de los resultados de la planta piloto a través de su digitalización ayuda a describir el proceso dinámicamente. Consecuentemente, la integración de estas herramientas con el objetivo de promover la optimización del procesamiento de minerales apunta a desarrollar un enfoque geometalúrgico avanzado.
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SGS Mini Planta Piloto Móvil y su Gemelo Digital: una Herramienta de exploración geometalúrgica
SGS ha diseñado, construido y comisionado una mini planta piloto de flotación. Este sistema físico fue utilizado para extraer un gemelo digital (sistema digital), el cual permite la exploración de diferentes escenarios de procesamiento. Posteriormente, estos escenarios son clasificados con base en sus desempeños metalúrgicos específicos.
La Mini Planta Piloto Móvil de SGS (MPP) puede ser usada para evaluar diferentes escenarios considerando procesos de molienda, flotación y separación sólido-líquido.
Por ejemplo, la sección de flotación de la MPP consiste en 12 celdas mecánicas con inyección de aire medida por flujómetros de aire y control de nivel por medio de compuertas móviles. La flexibilidad de la MPP permite la exploración de una variedad de configuraciones de circuito con el fin de emular diferentes condiciones industriales.
La MPP además puede operarse a través de una interfaz de control centralizado con accesibilidad remota, donde los desempeños metalúrgicos son determinados por la captura de data experimental y la caracterización metalúrgica de muestras con un analizador XRF.
Finalmente, la MPP es un sistema móvil que puede ser operada con corrientes directas del proceso, lo que ayuda enormemente en los aspectos logísticos de la ejecución de pruebas. Por otro lado, la instrumentación de la MPP permite la medición en línea de diferentes parámetros para generar una descripción dinámica del balance de masa asociado a la configuración de flotación usada en el desarrollo del Gemelo Digital.
Este último es un sistema digital basado en modelos dinámicos fenomenológicos robustos. En otras palabras, el proceso puede ser descrito en condiciones de estado estacionario, así como también en condiciones dinámicas. Es decir, la MPP es lo suficientemente flexible para ajustarte a diferentes condiciones de prueba.
La representación digital de la MPP considera el número y configuración de las celdas, las especies mineralógicas, las zonas de pulpa y espuma, y las corrientes de los productos (colas y concentrados). Esta información es usada para definir los aspectos asociados a las entradas del proceso, y también para identificar los parámetros relevantes que ayudan a establecer la estructura de la modelación.
Finalmente, el objetivo principal de esta representación digital (modelación/simulación) es estimar el desempeño metalúrgico en función de los parámetros definidos.
Un sistema físico bien instrumentado (MPP) genera la información del proceso que constituirá la base de datos necesaria para sintonizar el modelo del proceso dinámicamente, lo cual ayuda a explorar nuevos escenarios de procesamiento y luego validarlos en el sistema físico.
Y para validar los nuevos escenarios y mejorar el desempeño del proceso, el Gemelo Digital de la MPP facilitaría la identificación de las condiciones operacionales apropiadas para ser implementadas. Es decir, optimizar el desempeño metalúrgico basándose en las características del mineral procesado.
Por lo tanto, el sistema integrado MPP-Gemelo digital puede ser usado como una herramienta de exploración geometalúrgica de bajo riesgo y costo reducido.
Caracterización geometalúrgica avanzada
La integración holistica de la MPP, Gemelo Digital y la planta industrial representa una poderosa herramienta de caracterización. Como se describió previamente, la simulación dinámica es la base del desarrollo del gemelo digital, el cual representa una “imagen virtual” de la MPP.
Y como resultado, el Gemelo Digital permite la predicción del desempeño metalúrgico de la MPP bajo condiciones operacionales medidas en línea. La predicción de los modelos debe ser validada contrastando la data experimental no-modelada con los resultados predecidos.
Al mismo tiempo, el enfoque propuesto por SGS considera la MPP como un gemelo físico de la planta industrial (emulación de la configuración del circuito de flotación). La conectividad entre la operación industrial y la MPP es asegurada a través de un metodología robusta de escalamiento, alcanzando un desempeño metalúrgico optimizado (validado por la digitalización de la MPP) a escala industrial.
Finalmente, a potencial ruta de comunicación bidireccional entre la planta industrial y el Gemelo Digital puede ser posible mediante el “entrenamiento” del Gemelo Digital y el entendimiento de la metodología de escalamiento. Por tanto, la generación de conocimiento y su transferencia podría ayudar a ajustar y controlar las variables de los equipos a nivel industrial basándose en el aprendizaje incorporado en el Gemelo Digital.
Se piensa que el triángulo establecido entre la MPP, el Gemelo Digital y la planta industrial representa un enfoque avanzado para capturar la variabilidad del desempeño metalúrgico del mineral en contexto con la configuración del diagrama de flujo de la planta y la evaluación de bajo riesgo en la MPP mediante la utilización del Gemelo Digital. Por ello, este enfoque representa una evaluación geometalúrgica avanzada.
Observaciones finales
La infraestructura de la Mini Planta Piloto sirve como una plataforma de testeo para el diseño de bajo riesgo de diferentes procesos. Una modelación/simulación estática y dinámica de la mini planta piloto ha sido desarrollada y sintonizada.
La simulación de diferentes escenarios puede ser de utilidad en el diseño y mejoramiento de procesos, generación de conocimiento, identificación de mediciones claves, sensores blandos y el diseño de sistemas de control.
Por último, la simulación usando un Gemelo digital permite la exploración de la adaptación de modelos en fenómenos no modelados. Esto a su vez permite la integración de información en tiempo real para la exploración de nuevos escenarios.
En conclusión, la integración de la información relacionada con las características del mineral, las respuestas del mineral a escala piloto e industrial, y el Gemelo Digital proveen un enfoque más sofisticado y práctico para reducir los riesgos operacionales (gestionar la incertidumbre del proceso), y optimizar el procesamiento de minerales.
Referencias
- GTK (2021) Digital Twin of the GTK Mintec Pilot Plant – For Customers and for Us. https://www.gtk.fi.
- Hatton, D., Hatfield, D. (2013). A Geometallurgical Approach to Flotation Process Design Using Optimised Grade-Recovery Curves. Canadian Mineral Processors Proceedings 2013.
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- Quintanilla, P., Neethling, S.J., Navia D., Brito-Parada, P. (2021). A dynamic flotation model for predictive control incorporating froth physics. Part I: Model development. Miner. Eng.
- Ross, V. (2019). Key aspects of bench flotation as a geometallurgical characterization tool. The Southern African Institute of Mining and Metallurgy.
- SGS. (2021) Mini Planta Piloto Móvil brochure. SGS Natural Resources.
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