El concepto ‘Mine to Mill’ en canteras de áridos en España

La energía que se emplea en explotaciones mineras y obra civil para el arranque, fragmentación y, en su caso, beneficio de rocas y minerales proviene de diferentes orígenes: mecánico, químico, térmico, etc. Los explosivos son la energía más barata para ello en la inmensa mayoría de los casos. No es precisamente su nivel energético, sino su potencia (energía/tiempo) lo que le proporciona las cualidades más aptas para la fragmentación de roca.

Foto: Dave Dyet.

En las operaciones mineras y de obra pública se combinan una serie de medios para aportar a las rocas energía suficiente para su arranque y fragmentación: explosivos, martillos hidráulicos, machacadoras primarias, secundarias, terciarias; molinos de barras, de bolas, autógenos, semiautógenos, y otros medios. En los casos en los que el ciclo comienza mediante perforación y voladura, el resultado de ésta última sobre la roca afecta hasta en un 90 % (según estudios al respecto) a los costes totales: carga, transporte, trituración primaria, secundaria y terciaria; molienda y clasificación (según casos), así como en los flujos de producción.

El concepto ‘Mine to Mill’, en contra de la tradicional separación de los costes de mina (perforación y voladura, carga y transporte) frente a los de planta (trituración, molienda y clasificación), integra a ambos para obtener un mínimo del conjunto.

Por obvio que esto parezca, son todavía pocas las minas y canteras del mundo en que esto se comprende y se lleva a la práctica, bien sea por unas estructuras organizativas muy diferenciadas entre excavación y tratamiento o bien por falta de herramientas para la gestión del conjunto de operaciones (para así comprender la incidencia económica de una operación en las otras).

En este informe se describe con detalle estudios recientes realizados por Maxam Europe en diferentes explotaciones con características comunes a explotaciones de áridos en España. Del mismo modo, se muestran otros ejemplos conocidos y documentados a nivel mundial.

El concepto integrado de mina a planta comprende una filosofía poco implantada en el mercado español, tanto de minería a cielo abierto o subterránea, como en otras operaciones de excavación mediante explosivo (obra pública, canteras y otras).

El punto de vista tradicional, aún en grandes empresas con tradición minera es:

• Mina: arrancar las toneladas marcadas por planificación a menor coste de arranque posible. Incluye: perforación, voladura, carga, transporte y fragmentación secundaria (mediante taqueo de bolos con explosivo o martillos hidráulicos.
• Planta: tratar las toneladas obtenidas en mina: triturar, clasificar, moler y tratamientos posteriores al mínimo coste posible y cumpliendo con los ritmos de producción marcados, normalmente con la instalación saturada.

Foto: Daniel Jaeger Vendruscolo.

Cada uno de los departamentos trata de minimizar los costes propios, sin tener en cuenta que, en ocasiones, son intereses antagónicos para la obtención del coste mínimo total. Empresas tradicionales, pequeñas y grandes, siguen a veces la filosofía del mínimo coste por conceptos, es decir, se trata de minimizar coste de perforación y voladura, al mismo tiempo que otros costes como carga y transporte. Éstos difícilmente tienen posibilidad de ser reducidos cargando voladuras con tamaños gruesos y poco desplazadas, ya que el resultado de la voladura es determinante para su realización.

Hoy día existen herramientas para evaluar, cuantificar y diseñar voladuras de manera que se lleve a términos prácticos y económicos este concepto.

Múltiples ejemplos publicados internacionalmente relacionan el coste total de explotación en función de diversas variables, entre las que destacan el consumo específico de explosivo, el grado de fragmentación y energía consumida por la machacadora primaria.

Los puntos básicos en los que se fundamenta el concepto ‘Mine to Mill’ son:

• La energía más barata para arrancar y fragmentar la inmensa mayoría de las rocas y minerales es mediante explosivos. También proporcionan los ritmos más rápidos para ello.
• Una pila de roca bien fragmentada conlleva mejores operaciones de carga y transporte: menores tiempos de carga (mejor aprovechamiento del cazo de la excavadora o pala, penetración más rápida en la pila), menores costes de operación, mejor aprovechamiento del transporte y menores costes de mantenimiento en maquinaria de ambas operaciones.
• Un material más fragmentado en origen (mayor abundancia de tamaños pequeños) conlleva menores costes de trituración y molienda y mayores flujos horarios.
• Los bloques medianos de material fragmentado mediante explosivos presentan una resistencia estructural interna inferior a la de bloques de igual tamaño no arrancados por voladura (teoría de las microfracturas, que se basa en que en una roca volada existen una serie de fracturas a nivel estructural que reducen su capacidad resistente). Las menores necesidades energéticas para trituración de material volado frente a no volado se justifican por aplicación directa de la ley mineralúrgica de Bond, la cual establece una relación entre la energía necesaria para romper un material y la superficie de fractura creada.

Foto: Lars Sundström.

Realizando estudios ‘Mine to Mill’, no sólo se pueden incrementar las capacidades de producción, es decir, los ritmos en toneladas/hora a los que funcionan tanto las trituradoras como las palas cargadoras, sino también reducir los esfuerzos mecánicos a los que está sometida la maquinaria. Esto se traduce en un descenso de los costes, tanto de operación como de mantenimiento. El transporte, sea por pala o camión, al contar con un material de tamaño más homogéneo, se abarata al estar mejor aprovechadas las capacidades del cazo de las palas o la caja de los camiones.

El concepto ‘Mine-to-Mill’ aplica unas mejores voladuras, con más carga de energía como norma general, para conseguir una disminución en costes totales y/o aumentar el ritmo de producción. Está ligado a un conocimiento especializado de las voladuras, la geología y la maquinaria de cada explotación y a unas herramientas específicas de control y predicción de la fragmentación.

Dentro del proceso de explotación existen multitud de variables que van a intervenir directamente en los resultados obtenidos y, por tanto, en los costes de explotación. Existen diferentes variables que se agrupan en dos tipos: controlables e incontrolables. Como es obvio, será necesario el estudio de las variables controlables y la evaluación de los resultados de la voladura, para la optimización del proceso.

En cada explotación se deberá hacer un estudio pormenorizado para establecer los indicadores clave a estudiar.

El primer paso será evaluar los resultados de las voladuras, con el fin de detectar los problemas existentes en la misma. Una vez establecidos estos indicadores, a través de herramientas de control de voladuras, será posible la modificación de las variables controlables hasta alcanzar el punto óptimo del coste de la explotación.

Es interesante destacar que existen casos en los que los indicadores no son fácilmente detectables, puesto que no se manifiestan de manera acusada. Este es el caso de canteras en las que se asumen ciertos costes como costes fijos (es decir, como variables incontrolables) sin evaluar si es posible o no la eliminación (o minimización) de los mismos. Por ejemplo existen explotaciones en las que el porcentaje de sobretamaños es tal que se necesita la inversión de tiempo (y dinero) en fragmentaciones secundarias. En otros casos una flota de carga y transporte sobredimensionada implica unos sobrecostes en mantenimiento y combustible potencialmente reducibles.

Foto: G Schouten de Jel.

A continuación se describe el proceso de optimización de una cantera en Francia. Por sus características es posible extrapolar tanto la metodología empleada como los resultados obtenidos a cualquier cantera de áridos en España. La cantera objeto de estudio es una cantera de basalto perteneciente a una multinacional líder en el sector.

En el caso que nos ocupa el indicador a optimizar era la cantidad de sobretamaños existentes en la pila de material volado. Este material implica la necesidad de una fragmentación secundaria de la roca una vez volada. De acuerdo con la cantera, la cantidad máxima admisible de porcentaje de sobretamaños es del 5%. Éste será, por tanto, el objetivo del estudio a realizar.

Se ha realizado un detallado estudio de costes, donde se ha propuesto una modificación al esquema de voladura estándar y se han cuantificado las necesidades de una fragmentación secundaria por medio de medios mecánicos.

El primer paso para la elaboración de un estudio M2M es la toma de datos para conocer los parámetros de partida con el mayor detalle posible. Sobre esos datos y de acuerdo al objetivo buscado, se proponen dos diseños de voladura diferentes, en los que se ha querido estudiar y cuantificar la influencia de la variación de la piedra y el espaciamiento en la obtención de sobretamaños. Las voladuras propuestas se denominan Tipo 1 y Tipo 2.

Con los datos obtenidos, se observa que el fenómeno de reducir la malla de perforación, hace posible que se reduzcan los sobretamaños producidos, mejorando el resto del proceso global de excavación.

A pesar de incrementar el consumo específico en la etapa de voladura, se han visto reducidos en mayor medida las etapas posteriores del proceso minero.

Como se ha descrito anteriormente, el hecho de reducir la malla de perforación, resuelve el problema de la obtención de sobretamaños y, a pesar de un incremento en el coste la etapa de perforación y voladura, se reduce en mayor medida las etapas posteriores.

Se obtiene una reducción en el coste real de un 13% por tonelada. Si suponemos que la explotación anual de esta cantera es de 1.500.000 toneladas, la reducción del coste alcanza la cifra de 250.474 euros.

Pero, a pesar de la reducción importante de costes, se ha obtenido un porcentaje de sobretamaños del 10 %, lejos todavía del 5 % objetivo. Esto es debido a que el estudio no está completado y se debe seguir trabajando hasta lograr la minimización de costes.

Sin embargo, quizá no se puede alcanzar el citado objetivo al menor coste posible, puesto que puede darse el caso de que logremos una voladura con un máximo de sobretamaños del 5%, pero a un coste tal que el incremento de la fase de perforación y voladura no compense la reducción de los costes de las demás operaciones.

El objetivo es llegar a un compromiso entre todas las fases del proceso minero de modo que el conjunto global de explotación sea mínimo.

Del mismo modo es importante resaltar que un correcto análisis de resultados viene dado por la calidad de los datos adquiridos en campo. Este hecho es, a veces, difícil de conseguir, por lo que es clave la determinación de indicadores que sean objetivos, comparables y estables en cada una de las etapas y en cada uno de los ensayos realizados. La correcta adquisición de datos debe ser considerada como una inversión para conseguir la reducción de costes mostrada en este estudio. Este ahorro, debería justificar el empleo de todos los medios técnicos y humanos empleados en la realización de este tipo de estudios.