Simulación del desgaste de un reactor de cementación de cobre con briquetas metálicas utilizando el método de elementos discretos

Abstract

El presente trabajo consiste en la simulación del movimiento de briquetas metálicas dentro de un reactor de cementación de cobre durante su operación en condiciones normales, con la finalidad de estudiar el impacto negativo, traducido como roturas o desgaste, que 3 tipos distintos de briquetas metálicas le generan al equipo, en particular a revestimientos y lifters. La cementación es el proceso hidrometalúrgico mediante el cual se produce la precipitación de un metal desde una solución acuosa, que se da por el efecto de la presencia de otro metal. En este proceso el metal precipitado se deposita o "cementa" sobre el metal añadido. La cementación tiene como objetivo la recuperación de metales de elevado valor económico utilizando metales de bajo valor, particularmente, la recuperación de cobre a partir de disoluciones acuosas provenientes de lixiviación utilizando chatarra de hierro. Para realizar el estudio del impacto generado por las briquetas dentro del reactor se utilizó el Método de Elementos Discretos (DEM por sus siglas en inglés) implementado por el software de modelamiento digital Rocky. Las simulaciones DEM han sido ampliamente estudiadas por la industria minera, principalmente para el diseño de molinos de molienda, en donde el principal foco es encontrar la mayor eficiencia en la conminución del mineral con el menor desgaste de los equipos. No obstante, desarrollar una simulación DEM continúa siendo un proceso sumamente complejo, dado que, para reproducir el comportamiento del material de estudio, únicamente se dispone de modelos de contacto simplificados, lo que se debe principalmente a las limitaciones computacionales. Estas complicaciones se acrecientan cuando el elemento a modelar y el entorno del mismo corresponden a geometrías y estados poco convencionales, como lo es el caso de una briqueta metálica en un entorno rotativo como un reactor. Para resolver estos problemas, se llevó a cabo un estudio previo de los modelos de contacto, también se realizaron pruebas de malla y de las geometrías de las briquetas, y se estudió la validez de ambas para obtener una simulación lo más representativa de la realidad que sea posible. Se efectuaron 3 simulaciones del reactor en operación normal (divididas en 6 etapas o sub-simulaciones cada una), para 3 briquetas de acero con distinto volumen, densidad y masa, con las cuales se realizó un estudio comparativo del impacto negativo que éstas le provocaron al tambor del reactor, revestimientos y lifters. Finalmente se identificó en base a los resultados de las simulaciones, la potencia acumulada y las tasas de absorción, que la briqueta que generó el menor daño al equipo (revestimientos y lifters) a lo largo de todas las simulaciones, correspondió a la que tenía la menor relación densidad-masa.