Diagnósticos anticipados son la clave para tener mediciones confiables de pH y ORP

Por Dave Joseph

Los sistemas inteligentes de análisis líquido de hoy en día hacen que el control de los procesos de separación y lixiviación en faenas de oro y cobre sea mucho más confiable que nunca antes, permitiendo cumplir con las regulaciones medioambientales mientras se aumenta la producción, se reducen los costos, y se mejora la seguridad.

Cuando los valores del pH y del potencial de reducción de oxidación (ORP en Inglés) se mantienen en forma correcta, en base a instrumentación precisa, se evita la liberación de gas cianuro y se asegura la destrucción de cianuro disuelto en las aguas residuales. Cuando los operadores pueden confiar en la validez de cada medición, no sienten la necesidad de aplicar cloro extra para asegurarse de eliminar el cianuro, ahorrando dinero y evitando posibles problemas con el exceso de cloro en las corrientes efluentes. Además, el registro continuo de las mediciones en-línea tomadas en las corrientes efluentes puede ser sumamente útil a la hora de proporcionar una prueba del cumplimiento si lo requieren los entes reguladores.

Sin embargo, no siempre es fácil obtener mediciones exactas y confiables en la separación y lixiviación porque los sensores normalmente están sometidos a quedar cubiertos por una película y/o a rotura cuando son sumergidos en mezclas ásperas. En algunos casos, puede que ni siquiera sean sumergidos. La exactitud de la medición aumenta significativamente con el uso de instrumentos avanzados basados en microprocesadores con modernos sensores diseñados para soportar los rigores de estos procesos. La confiabilidad se garantiza por medio de diagnósticos que informen a los operadores si un sensor está recubierto o quebrado y necesita ser limpiado o remplazado.

El verdadero valor de monitorear el pH y el ORP en el procesamiento de metales se materializa cuando el personal de la mina es capaz de confiar completamente en sus instrumentos para un mejor control del proceso, dando como resultado:
• Máxima producción/rendimiento;
• Menores costos de separación con un mínimo de residuos;
• Operaciones de proceso estables;
• Mejor protección del personal y del medioambiente; y
• Menores gastos de mano de obra y mantención a partir de las últimas técnicas de calibración.

Instrumentación
El uso efectivo de instrumentación analítica en la separación y la lixiviación minimiza los costos y maximiza los resultados. Cuando el personal de la mina tiene confianza en la confiabilidad de sus instrumentos de análisis, pueden controlar con mayor efectividad el uso de químicos en lechadas mineras. Sin esa garantía, podrían desatender completamente las mediciones. En tal caso, la mantención de los instrumentos podría verse afectada, llevando a un rendimiento incluso más deficiente.

La flotación es el método más común para concentrar el mineral de cobre chancado, mediante el cual el hierro y otros contaminantes son separados de la lechada de sulfuro de cobre. En este proceso, las partículas del sulfuro de cobre se aferran a burbujas en una espuma creada por agentes espumantes y aire inyectado en las celdas de flotación. La espuma rica en cobre es quitada y secada para formar un concentrado de cobre. La efectividad de esta etapa de concentración depende de mantener un rango específico de pH para que la acción cohesitiva pueda tener lugar. Con la reciente caída en los precios del cobre, un proceso de concentración más eficiente puede ser la clave para mantener la rentabilidad.

Un flujo bien regulado de lechada de cal se usa para mantener el pH en las celdas de flotación dentro de un rango aceptable. Si el pH es demasiado alto, el hierro quedará atrapado con el cobre, reduciendo el valor del concentrado de cobre. Si se agrega demasiada cal, el resultado es una espuma diluida que requiere mayor concentración en etapas subsiguientes, desperdiciando cal aumentando los costos de operación. Es por esto que es tan necesario que las mediciones de pH sean exactas y confiables.

Tanto la exactitud como la confiabilidad podrían ser afectadas si el sensor de pH queda recubierto (por una película), lo que es una posibilidad muy real cuando se sumerge en un líquido espumoso. Una “mejor práctica” es usar sensores específicamente diseñados para resistir el recubrimiento. Además, los analizadores montados cerca de las celdas de flotación debieran transmitir diagnósticos constantes para alertar al personal de planta si un sensor ha quedado recubierto, ocasionando señales erróneas. Los operadores entonces sabrán que las lecturas no son confiables, y que el sensor debe ser limpiado.

En la lixiviación y extracción de metales preciosos donde el cianuro se usa comúnmente, las mediciones tanto de pH como de ORP son esenciales para la eficiencia y la seguridad del personal. Por ejemplo, valores de pH por debajo de 11 pueden permitir la formación de cianuro de hidrógeno (HCN), que es un gas altamente tóxico pero incoloro. Como la formación de HCN elimina el cianuro activo del proceso de lixiviación, un control efectivo del pH mejora el proceso de lixiviación al mismo tiempo que minimiza los riesgos para el medioambiente y para el personal de la mina.

Sin embargo, es complicado medir el pH constantemente con sensores en línea en este ambiente debido a la naturaleza abrasiva de las soluciones de lixiviado. Los electrodos de medición de vidrio pueden ser corroídos y quedar recubiertos con cal. El sensor de pH debe ser lo suficientemente robusto para resistir la abrasión, repeler el ataque del cianuro y resistir el recubrimiento.

En el tratamiento de residuos, es muy importante que el personal conozca el pH y también el ORP para controlar y verificar la total destrucción de las corrientes residuales de cianuro. Comúnmente se usa un oxidante, como el cloro, para evitar que el cianuro entre a las aguas residuales, y el ORP indica si la solución está bajo condiciones de oxidación (alto ORP) o reducción (bajo ORP). Como el cianuro no puede estar presente bajo condiciones de oxidación, se agrega un oxidante a la corriente correspondiente, causando que el ORP aumente y que el cianuro se convierta en cianato y luego en inofensivo nitrógeno y dióxido de carbono.

Vigilando cuidadosamente las lecturas de pH y ORP, el personal de la mina es capaz de mantener un correcto equilibrio entre la cantidad de cloro usado y destrucción de cianuro. La reacción es compleja pero la mejor forma de manejarla es cuando el personal de la mina recibe información exacta de instrumentación confiable. Tener un pH exacto mejora la precisión de las lecturas del ORP al eliminar la interferencia de otros químicos. Además, mantener el pH correcto es necesario para proteger contra una descarga de gas cianuro de hidrógeno que puede generarse durante el proceso de múltiples etapas al agregar demasiado cloro.

Selección del Sensor
Los sensores de pH convencionales tienen un electrodo de medición (normalmente de vidrio) y un electrodo de referencia para completar un lazo de corriente (Ver Figura 1). Ambos deben estar en contacto con la solución de proceso, pero cualquier acumulación de recubrimiento alrededor de cualquiera de los electrodos bajará el rendimiento, reducirá la velocidad de respuesta, y eventualmente hará que el sensor quede inutilizable.

La membrana de vidrio es muy delgada y se puede romper si golpea con un objeto duro o afilado. Un vidrio más grueso es más resistente al daño por impacto, pero es más probable que se dañe por las oscilaciones de temperatura. Es interesante ver que los sensores de pH que se dañan por impactos son menos de lo que uno pudiera pensar. El domo semiesférico de la bombilla de vidrio en realidad es bastante resistente. El electrodo de referencia usa un pequeño flujo de solución salina (electrolito) para completar el lazo de corriente a través del proceso. Si la referencia es bloqueada por un recubrimiento, se interrumpe la corriente y el sensor de pH ya no es operativo.

La velocidad de respuesta con lecturas de pH y ORP es de suma importancia en aplicaciones con cianuro (Ver Figura 2). Como las mediciones de pH y ORP no son lineales, controlar los procesos puede ser todo un desafío. Con frecuencia, las lecturas cambiarán un poco casi hasta que se haya agregado suficientes químicos, y luego ocurre un gran cambio. Si el sensor no responde rápidamente a un cambio, la lectura se excederá y pueden ocurrir oscilaciones inestables. Los sensores de pH antiguos o con recubrimiento responderán más lento que los sensores nuevos y limpios, pero con los sensores convencionales los operadores no pueden identificar fácilmente la fuente del problema.

Una inspección visual rara vez revela cuales sensores están defectuosos. Se pueden chequear en una solución amortiguadora donde se puede identificar a un sensor que responda en forma lenta. Sin embargo, esto toma tiempo, y el personal de la mina casi nunca saca los sensores para chequear su estado.

La tecnología de punta vence estos problemas entregando sensores que mayor vida útil que responden muy rápidamente a los cambios en el proceso y requieren limpieza con menos frecuencia. Esto es muy importante para la protección tanto del medioambiente como del personal de la mina contra una posible exposición a los efectos peligrosos de los químicos involucrados, y el sensor Rosemount PERpH-X está diseñado justo para esta tarea (Ver Figura 3). Las mediciones tanto de pH como de ORP se realizan con diseños de sensores similares, que difieren sólo en el electrodo de medición.

Nuevos dispositivos de análisis generan diagnósticos en-línea, proporcionando un valor extra al informar a los usuarios cuando un sensor no está sumergido, necesita limpieza, o está roto y debe ser reemplazado. Incluso pueden decirles si el rendimiento del sensor está por debajo de las expectativas.

La respuesta usual de los operadores es que la palabra diagnóstico suena bonita, pero los usuarios finales no son capaces de diferenciar una alarma importante (por ejemplo “lectura de desatención de falla”) de una simple advertencia. Rosemount ofrece diagnósticos de falla y de advertencia que están apropiadamente individualizados para que los mensajes de diagnóstico sean fáciles de entender y se pueda actuar en consecuencia de una manera preventiva o reactiva según se desee. El analizador entrega explicaciones detalladas, dando a los usuarios opciones sobre cómo proceder.

Cuando estos dispositivos de análisis se usan como componentes de arquitectura de automatización de planta PlantWeb de Emerson y sistema de control DeltaV, el diagnóstico generado en terreno puede usarse para reconfiguración y calibración de instrumentos sin tener que enviar técnicos a atender los analizadores. La solución Analítica Rosemount mantiene al personal de la mina informado del estado de sus sensores y de si es posible confiar en que ellos entregarán lecturas exactas.

Las tecnologías inalámbricas pueden tener un impacto dramático en las operaciones mineras, en dos amplias categorías: redes inalámbricas en terreno para aplicaciones en sensores y dispositivos de terreno, y redes inalámbricas de planta para propósitos operacionales y de negocios (Ver Figura 4).

Las redes inalámbricas de terreno independientes (WFN) están basadas en el estándar de comunicaciones WirelessHART, que fue adoptado en el 2007 por más de 200 empresas asociadas a la Fundación de Comunicaciones HART. 

Los dispositivos de terreno en una red de malla inalámbrica independiente en realidad se comunican unos con otros, así que no hay un sólo punto de falla. Cada dispositivo sirve como conector de red, encontrando automáticamente la ruta óptima de comunicación a la puerta de acceso a la red. En caso que una obstrucción temporal bloquee una conexión directa, las señales son redireccionadas automáticamente por medio de un dispositivo adyacente, garantizando la confiabilidad de la red y la integridad de los datos.

Hay numerosos dispositivos de terreno WirelessHART disponibles para una amplia gama de aplicaciones. La Figura 5 es un ejemplo. Otros están diseñados para transmitir temperaturas, presiones y caudales; datos de los monitores de vibración y equipos de análisis; y posición y desviación de válvulas para control de proceso y sistemas de gestión de activos.

Las redes inalámbricas de planta (WPN) se basan en las normas IEEE 802.11 y usan tecnología de malla WiFi para construir redes inalámbricas económicas para uso en las operaciones de la mina. La WPN está diseñada para brindar una manera segura, con alto ancho de banda, confiable y escalable de acceder a aplicaciones fijas y móviles, tales como concentración de datos (backhaul) o puenteo para procesar datos, rastreo de personal o de activos, video de procesos y de seguridad, y comunicación por voz. Normalmente, una infraestructura de planta inalámbrica se construye de puntos de acceso de malla, un controlador LAN, y un software de gestión de redes.

Los dispositivos inalámbricos pueden ser instalados rápida y fácilmente donde los dispositivos con cable no pueden—en lugares difíciles de alcanzar, en áreas riesgosas para el personal de la mina, donde no hay energía eléctrica, y donde no se permite tender cables, por nombrar algunos. Los datos recuperados desde estos dispositivos permiten a los procesadores de mineral dar respuesta a problemas de los equipos en forma inmediata, e incluso predecir cuándo va a ocurrir problemas a fin de realizar reparaciones oportunas y evitar tiempo muerto imprevisto. Con esto vendrán mejoramientos al proceso y una mayor disponibilidad de los equipos. El beneficio final es una combinación de menores costos y mayor productividad.

Las faenas mineras pueden ahorrar dinero utilizando mediciones continuas en-línea de pH y ORP junto con los diagnósticos disponibles a partir de los instrumentos de análisis inteligentes de hoy en día. Se puede lograr un retorno de la inversión en tecnología avanzada dentro de un año (Ver Figura 6).

Dave Joseph es gerente de industria senior de Emerson Process Management.

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