Come progettare lo smaltimento degli sterili derivanti dalla preconcentrazione in un impianto aurifero? Soluzione completa per la linea di produzione di un impianto di preconcentrazione dell\'oro

La pre-arricchimento dell'oro è un approccio adottato negli ultimi anni da un numero sempre maggiore di progetti auriferi: prima di passare ai costosi processi di macinazione e lisciviazione, si eliminano preventivamente le rocce sterili e si arricchiscono i minerali auriferi mediante tecniche quali la separazione per gravità e la flottazione, riducendo così notevolmente il carico di lavoro delle fasi successive.Con la riduzione della capacità di trattamento, diminuiscono di conseguenza anche gli investimenti in attrezzature, il consumo energetico e il consumo di reagenti, rendendo così economicamente sostenibile l\'intero impianto di lavorazione.

Tuttavia, la pre-concentrazione comporta un problema correlato che non può essere ignorato:come progettare lo smaltimento degli sterili? Gli sterili scartati nella fase di pre-arricchimento sono caratterizzati da grandi volumi, granulometria grossolana e un contenuto d\'acqua diverso rispetto agli sterili convenzionali da cianurazione; se lo smaltimento degli sterili non è progettato correttamente, nel migliore dei casi si verificheranno problemi di ricircolo dell\'acqua e un aumento dei costi operativi, mentre nel peggiore dei casi si rischiano violazioni delle norme ambientali e il blocco del progetto.Il presente articolo parte dalla progettazione dello smaltimento degli sterili per analizzare in modo sistematico le soluzioni di smaltimento degli sterili derivanti dalla pre-arricchimento e dalla separazione in un impianto aurifero, fornendo inoltre la logica di configurazione dell\'intera linea di produzione di un impianto di arricchimento dell\'oro.

I. Chiariamo innanzitutto: quali sono le differenze tra gli sterili di pre-arricchimento e quelli convenzionali

Il primo passo nella progettazione dello smaltimento degli sterili non è la scelta delle attrezzature, ma la comprensione delle loro caratteristiche. Rispetto agli sterili da cianurazione convenzionali, quelli da pre-arricchimento presentano alcune differenze evidenti:

1. Elevato volume di scarico e basso tenore. La logica alla base del pre-arricchimento è quella di “scartare il più possibile e il prima possibile”; la percentuale di sterili scartati rispetto al minerale grezzo può essere molto elevata. Un volume elevato di sterili implica che le dimensioni dei sistemi di trasporto, concentrazione e stoccaggio debbano essere adeguatamente ampliate, e la capacità di trattamento del sistema di smaltimento deve essere commisurata alla quantità di sterili scartati nella fase di pre-arricchimento.

2. Granulometria grossolana e proprietà di sedimentazione relativamente buone. Il pre-arricchimento avviene solitamente prima o dopo la macinazione; la granulometria degli sterili scartati è più grossolana rispetto a quella degli sterili da cianurazione, la velocità di sedimentazione è più elevata e la scelta del denso e la configurazione del filtro a pressione differiscono da quelle previste per gli sterili a grana fine.Tuttavia, occorre tenere presente che, se prima della pre-arricchimento si effettua un lavaggio o una vagliatura a umido, il contenuto di fango negli sterili potrebbe risultare elevato e richiede una valutazione a sé stante.

3. Sono sostanzialmente privi di cianuri, pertanto le pressioni ambientali sono relativamente gestibili. Gli sterili di pre-arricchimento vengono scartati prima di entrare nel processo di cianurazione e, in genere, non presentano rischi di lisciviazione di cianuri e metalli pesanti; ciò offre condizioni relativamente favorevoli per lo smaltimento a secco, lo stoccaggio a secco o il recupero delle risorse. Tuttavia, è comunque necessario effettuare test di tossicità da lisciviazione in conformità con i requisiti ambientali locali, per confermare se si tratti di rifiuti solidi industriali generici.

4. La qualità dell\'acqua di riciclo influisce sul riutilizzo. L\'acqua chiarificata proveniente dagli sterili di pre-arricchimento può essere riutilizzata in fasi quali il lavaggio del minerale e l\'integrazione idrica nella separazione magnetica; la qualità dell\'acqua di riciclo (contenuto di sostanze in sospensione) determina direttamente la percentuale di riutilizzo e la necessità di un ulteriore trattamento di depurazione.

Una volta chiariti questi quattro punti, si delinea sostanzialmente la direzione da seguire per il piano di smaltimento degli sterili: si avrà una base su cui decidere se optare per lo smaltimento a umido (bacino di decantazione) o a secco (deposito a secco), a quale livello portare la concentrazione e la disidratazione e come riciclare l\'acqua di ricircolo.

II. Le tre soluzioni principali per la progettazione dello smaltimento degli sterili

Soluzione 1: scarico umido degli sterili (bacino di stoccaggio tradizionale). Dopo essere stati concentrati nel denso, gli sterili vengono pompati come flusso di fondo nel bacino di stoccaggio per l\'accumulo, mentre l\'acqua di chiarificazione viene riutilizzata.I vantaggi sono la semplicità del processo, gli investimenti relativamente bassi e la buona adattabilità agli sterili a grana fine; gli svantaggi sono l\'ampio ingombro, i vincoli legati alla conformazione del terreno e alle autorizzazioni ambientali, nonché gli elevati costi legati alla sicurezza del bacino di stoccaggio e alla sua chiusura. È adatto a progetti in cui le condizioni topografiche lo consentono, l\'ottenimento delle autorizzazioni per il bacino di stoccaggio è fattibile e la granulometria degli sterili è prevalentemente fine.

Soluzione 2: smaltimento a secco degli sterili (deposito a secco). Dopo essere stati concentrati nel denso, gli sterili vengono pressati in un filtro-pressa per formare un panello con basso contenuto di umidità, che viene poi trasportato al deposito a secco per lo stoccaggio o trasferito altrove per il riutilizzo.I vantaggi sono un elevato tasso di recupero dell\'acqua (superiore al 90%), un ingombro ridotto, bassi rischi ambientali e facilità nella chiusura del bacino e nel recupero delle risorse; gli svantaggi sono i costi elevati di investimento e di esercizio delle attrezzature di filtrazione a pressione, nonché la necessità di verificare l\'efficienza della filtrazione per gli sterili a grana grossa.Per gli sterili pre-arricchiti, caratterizzati da una granulometria relativamente grossolana e privi di cianuri, lo smaltimento a secco rappresenta spesso la scelta migliore, in quanto consente di risparmiare acqua e ridurre i rischi ambientali.

Soluzione 3: combinazione di scarico a umido e scarico a secco. Gli sterili a grana grossa vengono preferibilmente smaltiti a secco o venduti come aggregati per l\'edilizia, mentre quelli a grana fine vengono convogliati nel bacino di stoccaggio per lo scarico a umido. Questa soluzione combinata è adatta a progetti con un\'ampia distribuzione granulometrica degli sterili o che dispongono di canali per il loro riutilizzo, in grado di conciliare investimenti e tutela ambientale.

La scelta specifica dipende dalle caratteristiche degli sterili, dai requisiti ambientali locali, dalle condizioni topografiche, dal costo delle risorse idriche e dalle dimensioni del progetto. Non esiste una risposta standard; è necessario effettuare un\'analisi tecnico-economica in base alle specificità del progetto.

III. Configurazione delle attrezzature chiave del sistema di smaltimento a secco degli sterili

Prendendo come esempio lo smaltimento a secco degli sterili con pre-arricchimento, la configurazione tipica di un sistema di trattamento degli sterili è la seguente:

Trasporto degli sterili: le pompe per poltiglia convogliano la poltiglia di sterili proveniente dalla sezione di pre-arricchimento e separazione verso la sezione di concentrazione degli sterili. La scelta del modello di pompa deve essere adeguata alla portata massima e alla concentrazione della poltiglia, prevedendo un certo margine di sicurezza.

Sezione di concentrazione: il denso (denso a trasmissione centrale/denso ad alta efficienza) effettua una prima sedimentazione e disidratazione della poltiglia di sterili; il fondo, una volta aumentata la concentrazione, viene inviato al filtro a pressione, mentre il supernatante chiarificato viene convogliato al bacino di ricircolo.Il concentratore ad alta efficienza consente di ridurre notevolmente l\'ingombro a terra ed è adatto a progetti con spazi limitati. Se gli sterili presentano un elevato contenuto di fango e una velocità di sedimentazione lenta, si può prendere in considerazione l\'aggiunta di flocculanti per favorire la sedimentazione.

Fase di filtrazione a pressione: il filtro a piastre e telaio (o filtro a camera) comprime la poltiglia di sterili concentrata in un panello con basso contenuto di umidità, che soddisfa direttamente i requisiti di trasporto e stoccaggio. Il filtro a pressione è l\'apparecchiatura chiave per lo smaltimento a secco degli sterili; la scelta del modello deve essere determinata in base alla granulometria degli sterili, alla capacità di trattamento e al tenore di umidità desiderato.L\'efficienza di filtrazione è elevata per gli sterili a grana grossa, mentre per quelli a grana fine è necessario valutare il ciclo di filtrazione e la scelta del tessuto filtrante.

Sistema di ricircolo dell\'acqua: l\'acqua di troppo pieno del denso e il filtrato del filtro a pressione confluiscono nel bacino di ricircolo, da cui vengono pompati per essere riutilizzati nelle fasi di lavaggio del minerale, separazione gravimetrica, macinazione e altre operazioni che richiedono acqua.Il tasso di recupero dell\'acqua è l\'indicatore fondamentale per la redditività del progetto di smaltimento a secco degli sterili; in fase di progettazione è necessario calcolare il bilancio idrico, definire la percentuale di recupero e le fonti di reintegro idrico. L\'acqua di recupero con concentrazioni di sospesi superiori ai limiti consentiti deve essere sottoposta a trattamento di chiarificazione o filtrazione prima di essere riutilizzata.

Deposito a secco e impermeabilizzazione: il deposito a secco deve essere sottoposto a trattamento impermeabilizzante del fondo, devono essere installati canali di drenaggio e un sistema di raccolta del percolato e, in conformità con i requisiti ambientali locali, devono essere progettati la chiusura del sito e il ripristino del terreno. Anche le modalità di trasporto del panello di filtrazione e la pendenza di stoccaggio devono essere specificate in fase di progettazione.

Monitoraggio e emergenze: il sistema di scarico degli sterili deve essere dotato di sistemi di monitoraggio della portata, della concentrazione e del livello del liquido; nei depositi a secco devono essere installati punti di monitoraggio dello spostamento e delle perdite e deve essere elaborato un piano di emergenza.

IV. Soluzione completa per la linea di produzione dell\'impianto di arricchimento dell\'oro: dal pre-arricchimento allo scarico a secco degli sterili

Se si ricolloca la progettazione dello smaltimento degli sterili nel contesto dell\'intera linea di produzione, il progetto della linea di produzione dell\'impianto di arricchimento dell\'oro è solitamente suddiviso nelle seguenti fasi:

Prima fase: frantumazione e vagliatura. Frantumazione grossolana con frantoio a mascelle + frantumazione media-fine con frantoio a cono, classificazione con vaglio vibrante circolare. La fase di frantumazione segue il principio “frantumare di più, macinare di meno”, fornendo una granulometria adeguata per la pre-arricchimento e la successiva macinazione.

Seconda fase: lavaggio e vagliatura del minerale (in caso di elevato contenuto di fango). Lavatore cilindrico/lavatore a spirale + vaglio a tamburo, per rimuovere il fango, prevenire l\'intasamento delle apparecchiature a valle e, al contempo, creare le condizioni di separazione necessarie per la pre-arricchimento.

Terza fase: separazione mediante pre-arricchimento. La scelta del metodo di pre-arricchimento dipende dalle caratteristiche del minerale: separazione gravitazionale (jig, separatore centrifugo, scivolo a spirale) per eliminare in anticipo la ganga e recuperare l\'oro a grana grossa; flottazione (flottatori di tipo SF/XCF/KYF) per arricchire i solfuri auriferi.L\'obiettivo della pre-arricchimento è eliminare il maggior quantitativo possibile di ganga a costi contenuti, migliorando così il tenore del prodotto per le fasi successive.

Quarta fase: trattamento del concentrato. Il concentrato di pre-arricchimento viene inviato alla macinazione (circolatore + classificatore a circuito chiuso) e ai successivi processi di separazione/lisciviazione (il concentrato di flottazione viene inviato alla fusione o alla cianurazione, mentre il concentrato di separazione gravitazionale, dopo la selezione su tavole vibranti, viene fuso), secondo quanto specificato in base al tipo di minerale.

Quinta fase: trattamento degli sterili. Gli sterili della pre-arricchimento entrano nel sistema di concentramento + filtrazione a pressione con scarico a secco; l\'acqua di chiarificazione e il filtrato vengono riutilizzati, mentre il panello di filtrazione viene stoccato a secco o trasportato all\'esterno.

Sistemi ausiliari: alimentatori, nastri trasportatori, pompe per poltura, pompe di ricircolo, vasche di miscelazione, sistemi di controllo elettrico, ecc.

La logica alla base di questa linea di produzione è la seguente: nella fase di pre-arricchimento si ricorre a metodi a basso costo per «scartare il più possibile e il prima possibile», riducendo così la quantità da trattare; nella fase di scarico a secco degli sterili, gli sterili scartati vengono smaltiti in modo adeguato e l\'acqua viene recuperata. Solo grazie alla combinazione di queste due fasi è possibile ridurre i costi di investimento e di esercizio dell\'impianto di arricchimento, mantenendo sotto controllo anche i rischi ambientali.

V. Punti chiave della progettazione ed errori comuni

Errore n. 1: progettare solo la sezione di separazione, aggiungendo la sezione degli sterili in un secondo momento. Poiché la fase di pre-arricchimento produce grandi quantità di sterili, le dimensioni e gli investimenti del sistema di trattamento degli sterili devono essere progettati contemporaneamente alla sezione di separazione. Se la sezione di separazione viene progettata per 100 tonnellate al giorno e quella degli sterili per 50 tonnellate al giorno, una volta avviata la produzione si verificherà inevitabilmente un collo di bottiglia nella fase di trattamento degli sterili.

Errore n. 2: trascurare le analisi delle caratteristiche degli sterili. La distribuzione granulometrica degli sterili, il contenuto di fango, la velocità di sedimentazione e la tossicità di lisciviazione determinano direttamente la scelta delle attrezzature di concentrazione e filtrazione a pressione e le modalità di smaltimento. Scegliere le attrezzature senza effettuare analisi equivale a “toccare l\'elefante alla cieca”.

Errore n. 3: calcolo impreciso del tasso di recupero dell\'acqua. La redditività dello smaltimento a secco degli sterili dipende in larga misura dal tasso di recupero dell\'acqua; se il bilancio idrico non viene calcolato correttamente, dopo l\'avvio della produzione si andrà incontro a costi di reintegro idrico superiori alle previsioni oppure a uno scarico illegale dell\'acqua in eccesso.

Errore n. 4: Mancanza di progettazione per l\'impermeabilizzazione e la chiusura del deposito a secco. Un deposito a secco non consiste semplicemente nel trovare un terreno libero dove accumulare i residui di filtrazione; l\'impermeabilizzazione, il drenaggio, la raccolta del percolato e la chiusura con bonifica del sito devono essere definiti in fase di progettazione, altrimenti non sarà possibile superare il collaudo ambientale.

VI. Ambito di consegna EPC e servizi flessibili

Per la costruzione dell\'impianto di concentrazione GoldProcessingPlant è in grado di fornire un servizio EPC “chiavi in mano”, coordinando la progettazione di processo, la produzione delle attrezzature, la supervisione dell\'installazione, la messa in servizio integrata e la formazione del personale, assumendosi la responsabilità degli obiettivi finali di produzione.I confini della consegna sono chiari: GoldProcessingPlant si occupa della tecnologia, delle attrezzature e della messa in servizio, mentre il cliente è responsabile dei lavori di ingegneria civile, della manodopera locale per l\'installazione, della preparazione del sito (allacciamenti alle reti e livellamento) e delle procedure di conformità locali; ciò garantisce la qualità del progetto e aiuta il cliente a risparmiare notevoli costi di manodopera.

Allo stesso tempo non vi è alcun obbligo di pacchetti vincolanti: è possibile limitarsi alle prove di arricchimento e alla verifica del processo, richiedere solo un preventivo per la progettazione del processo e la selezione delle attrezzature, acquistare solo i disegni tecnici, procurarsi singole attrezzature o interi impianti, oppure richiedere solo la presenza di un ingegnere per la messa in servizio in loco.I costi sostenuti in fase iniziale per le prove di lavorazione del minerale e la progettazione possono essere interamente detratti dal prezzo delle attrezzature al momento della successiva stipula del contratto per le attrezzature o del contratto EPC.

Per quanto riguarda la durata del progetto, un progetto convenzionale di miniera d\'oro richiede circa 8-15 mesi dall\'avvio della progettazione di processo all\'entrata in produzione; la produzione e la messa a punto delle apparecchiature del sistema di smaltimento a secco degli sterili devono essere incluse nella pianificazione complessiva, mentre per i progetti all\'estero occorre prevedere un margine di tempo per lo sdoganamento e la logistica.

La progettazione dello smaltimento degli sterili nella fase di pre-arricchimento e separazione di un impianto aurifero si basa su tre elementi fondamentali: comprendere a fondo le caratteristiche degli sterili, scegliere la soluzione di smaltimento più adeguata (smaltimento a umido/a secco/combinato) e configurare correttamente gli impianti di concentrazione, filtrazione a pressione e ricircolo dell\'acqua.La sezione dedicata agli sterili non è un “elemento accessorio” dell\'impianto di lavorazione, bensì una fase cruciale che determina la conformità ambientale del progetto e i costi operativi. Solo progettando in modo integrato la “massima e tempestiva separazione” nella fase di pre-arricchimento e il “risparmio idrico e la conformità normativa” nello smaltimento a secco degli sterili, sarà possibile ottenere un bilancio complessivo positivo per l\'impianto di arricchimento dell\'oro.