11 Nov 2020 Protección contra la corrosión en faenas mineras
Por M. Sc. Ing. Christian Sánchez Villa, Bbosch Recubrimientos, Chile.
La selección de un sistema de protección adecuado se basa en los requerimientos de vida de servicio sin mantenimiento que preste la estructura. Sin duda, lo anterior se encuentra asociado a las condiciones medioambientales a las que se exponen las estructuras.
La influencia de los parámetros meteorológicos, tales como humedad ambiental, lluvia, velocidad y dirección del viento; parámetros geográficos, principalmente cercanía al borde costero y actividad industrial en el entorno, son fundamentales para determinar la corrosividad de un ambiente en particular.
Se han desarrollado herramientas para clasificar ambientes corrosivos, una de ellas es la clasificación de corrosividad atmosférica que entrega la norma internacional ISO 9223, en la que se indica que la categoría de corrosión atmosférica de las diferentes materiales depende de factores climáticos, tales como humedad ambiental, precipitaciones, proximidad a la costa y, muy importante, la presencia de contaminantes, ya que dependiendo del tipo y cantidad de los contaminantes presentes se tendrá una variación del comportamiento frente a la corrosión.
Las recomendaciones de protección contra la corrosión dadas en ISO 12944, actualizada recientemente en 2018, ISO 14713-1:2017 y la NCh3348-1, en primer lugar toman lo mencionado en ISO 9223 y clasifican los ambientes corrosivos en seis categorías, dan ejemplos de cada uno de ellos así como también, entrega las velocidades de corrosión mínimas y máximas para hierro desnudo y zinc en cada caso.
El proceso de la minería del cobre en Chile
Los grandes yacimientos de cobre en Chile se ubican en su gran mayoría en el desierto de Atacama, en la zona norte del país. Las actividades de extracción y reducción de tamaño en etapas de chancado primario se realizan en zonas cercanas al yacimiento, las siguientes etapas se encuentran más alejadas y dependen del tipo de mineral en proceso.
La vía de procesamiento depende de la mineralización; los sulfuros de cobre y óxidos de cobre.
- Sulfuros de cobre
Los minerales consistentes en sulfuros de cobre se procesan a través de molienda y concentración por flotación en espuma, se obtienen concentrados de cobre que son procesados a través de pirometalurgia para obtener cobre refinado a fuego en lingotes o ánodos que se electrorefinan para resultar en cátodos de cobre con un 99.999% de pureza.
- Etapa de chancado primario y manejo de mineral seco
Normalmente, se ubica en las cercanías de los lugares de explotación, en algunos casos dentro de la mina.
Este ambiente considera etapas de chancado, correas transportadoras overland y stock piles de mineral seco.
Generalmente, estos sectores presentan baja velocidad de corrosión y la condición de agresividad corrosiva depende principalmente del entorno geográfico.
Es así que, si el área seca de un proceso minero se encuentra en un clima desértico, por existir una condición de baja humedad, la velocidad de corrosión es muy lenta y no hay componentes galvánicas con el polvo de mineral depositado. En este caso, el diseño del recubrimiento que requiere estas instalaciones es más estético que anticorrosivo.
No obstante lo anterior, los revestimientos deben considerar las situaciones expuestas a tráfico, radiación UV, abrasión y desgaste como escalas, pasamanos u otros.
- Molienda y concentración
El objetivo es la liberación de las partículas minerales de sulfuros para poder separarlas en procesos de flotación en espuma. En esta etapa se reduce el tamaño en molinos SAG y convencionales y se agrega agua al proceso para manejar el mineral en forma de pulpa, lo que significa una mayor corrosividad debido al aumento en la humedad y contacto de estructuras con pulpas.
Muchas faenas mineras concluyen su proceso en esta etapa y su producto final se transporta a puertos mediante mineroductos para ser exportados.
Los concentrados de cobre deben ser llevados a procesos pirometalúrgicos donde se funden y refinan mediante la oxidación de impurezas y azufre, uno de los productos del proceso es el dióxido de azufre, el que se capta y se dirige a una planta generadora de ácido sulfúrico. Aproximadamente el 1% del dióxido de azufre no es posible captarlo y escapa a la atmósfera, contribuyendo con la corrosividad de su entorno.
El producto de la planta pirometalúrgica es cobre refinado a fuego de 99,995% de pureza en forma de lingotes o ánodos que se electro refinan a la forma de cátodos de 99,999% de pureza.
- Óxidos de cobre
Los minerales que se componen de óxidos de cobre se procesan por medios hidrometalúrgicos, mediante operaciones de lixiviación-extracción por solventes y obtención de cátodos mediante electrowinning.
Las etapas de extracción y chancado se realizan con mineral seco, el tamaño del mineral es de aproximadamente 13 mm, el mineral es ingresado a tambores aglomeradores donde se agrega ácido sulfúrico. Luego, se lleva a las pilas de lixiviación mediante correas transportadoras, donde se riega con soluciones concentradas de ácido sulfúrico. La solución disuelve el mineral y se capta en las zonas inferiores de la pila, el resultado es una solución rica en cobre y hierro (PLS).
La solución PLS se lleva a extracción por solventes (SX), donde se pone en contacto con extractantes orgánicos que la purifican.
La solución purificada entra a un circuito de electroobtención de cobre donde se producen cátodos con 99,999% de pureza.
Las áreas húmedas presentes en procesos hidrometalúrgicos involucran ácido sulfúrico en diferentes concentraciones, lo que significa la generación de los ambientes más corrosivos en la minería del cobre.
Clasificación ambiental
Es posible determinar los sistemas de protección para cada área de proceso de la minería del cobre asociando de manera intuitiva una aproximación a la corrosividad ambiental de ISO 9223 con el ambiente que se describe en cada etapa de un proceso típico.
- Ambiente industrial seco
Ambiente similar a un ambiente C3, corrosividad media, definido en ISO 9223, se presenta en ambientes con baja humedad y contaminación:
- Estructuras presentes en planta de chancado y manejo de mineral seco.
- Estructuras superiores en plantas concentradoras.
- Área del proyecto ubicado fuera de las áreas húmedas o susceptibles de recibir niebla ácida.
- Ambiente industrial de corrosividad alta
Ambiente similar a un ambiente C4 definido en ISO 9223, se presenta en ambientes de mayor humedad y contaminación, presencia de SO2 y estructuras en áreas con presencia de vapores y nieblas ácidas con contenido de ácido sulfúrico con concentraciones no superiores al 10%. Estas áreas corresponden a las siguientes instalaciones:
- Estructuras superiores en plantas de filtrado.
- Estructuras en espesadores.
- Área de manejo y almacenamiento de reactivos.
- Estructuras en niveles inferiores de plantas concentradoras.
- Ambiente industrial de corrosividad muy alta
Ambiente similar a un ambiente C5 definido en ISO 9223, se presenta en estructuras presentes en áreas con presencia de vapores y nieblas ácidas con contenido de ácido sulfúrico con concentraciones no superiores al 25%. Estas áreas corresponden a las siguientes instalaciones:
- Edificios de SX.
- Zonas exteriores de Naves de EW y SX.
- Zonas cercanas a pilas de lixiviación.
- Estructuras en niveles inferiores de plantas de filtrado.
- Estructuras interiores en procesos pirometalúrgicos.
- Patio de estanques de SX-EW.
- Infraestructura de puertos.
- Ambiente industrial agresividad elevada
Agresividad elevada, ataque químico directo estructuras expuestas en áreas con presencia de vapores y nieblas ácidas con contenido de ácido sulfúrico con concentraciones superiores al 70%. Estas áreas corresponden a las siguientes instalaciones:
- Zonas de tambores acidificadores, y cercanas y bajo equipos de manejo (correas transportadoras, chutes, etc.) de ripios acidificados, que están afectos a goteos y salpicaduras de ácido sulfúrico.
- Zonas de manejo, estanques de almacenamiento y recepción de ácido sulfúrico.
- Interior de la Nave de EW.
- Sistemas de protección
La clasificación de ambientes expuesta se basa en observaciones en terreno y especificaciones de protección contra la corrosión en minería del cobre, donde concuerdan las especificaciones de protección con pinturas industriales con las durabilidades esperadas y obtenidas en realidad.
Los sistemas de protección han de ser seleccionados considerando cualitativamente las siguientes características:
- Sea adecuado para la necesidad específica.
- Experiencias prácticas del uso en condiciones similares.
- Servicio de vida o durabilidad esperada.
- Estar disponible en el mercado y en el color deseado.
- Cumplir con las regulaciones locales.
Para estructuras de acero estructural protegido por sistemas de pinturas simples consideran la durabilidad hasta 15 años.
Los sistemas de pinturas para la protección de acero galvanizado consideran una durabilidad alta, más de 15 años. La combinación de zinc galvanizado más un sistema de pintura posee un efecto sinergético, es decir, el valor protector de un sistema dúplex es mayor que la suma de los valores protectores del zinc y el sistema de pintura separadamente.
El servicio de vida estimado para un sistema de pintura es definido como el tiempo hasta que el primer mantenimiento de pintado o reparación ocurre después que el 5 a 10% de corrosión del substrato (metal a la vista) aparece, o el equivalente al grado de oxidación 4 definido por la norma SSPC-VIS2.
De acuerdo a la clasificación de corrosividad atmosférica y la NCh3348-2, para ambientes C2, C3 y C4 el galvanizado por inmersión en caliente cumple con creces el requerimiento de durabilidad mínima de 15 años. Para ambientes C5 se debe utilizar un sistema dúplex especificado según ISO 12944-5 y para ataque químico directo se debe utilizar sistemas de protección tradicionales.
Tarea pendiente en Chile es generar un mapa general de la corrosión atmosférica en la minería, tal como lo hizo la profesora Rosa Vera de la PUCV con el mapa de corrosión atmosférica de Chile durante el periodo 2010-2013.