All’avanguardia: miniera di rame in Cile e il suo recupero di calore

Il Deserto di Atacama, nel nord del Cile, è uno dei luoghi più aridi della Terra, con una piovosità media di appena un millimetro all’anno. È anche una delle aree minerarie più ricche al mondo e ospita molte delle più grandi miniere di rame. Il rame, conosciuto come “il salario cileno”, è la forza trainante dell’economia del Paese: qui si estrae il 50 per cento del rame mondiale.

Una delle miniere di rame situate in questo deserto inospitale è la Miniera di Zaldívar, a 3.300 metri sul livello del mare, 1.400 chilometri a nord di Santiago e 175 chilometri a est della città portuale di Antofagasta. È di proprietà e gestita da Barrick Gold Corporation, una delle principali società minerarie al mondo, che opera 27 miniere di oro e rame e ha diversi progetti in fase di sviluppo.

La più grande miniera di rame di Barrick

Aperta nel 1995, Zaldívar è la più grande miniera di rame di Barrick e impiega quasi 750 persone. Utilizza metodi convenzionali di estrazione a cielo aperto per produrre rame catodico puro. Nel suo impianto di frantumazione, il minerale attraversa tre fasi di triturazione e accumulo. Successivamente, viene sottoposto a un processo di lisciviazione in cumulo, in cui il rame viene disciolto mediante agenti chimici e batteriologici.

Il rame disciolto viene poi concentrato e purificato nelle soluzioni di lisciviazione presso un impianto di estrazione con solventi. Infine, un impianto di elettro–estrazione produce rame catodico di alta qualità e purezza.

Fin dall’inizio, l’impianto di elettro–estrazione di Zaldívar aveva la capacità di produrre 125.000 tonnellate di rame catodico all’anno. Qualche anno fa, l’impianto è stato modificato per aumentare la produzione a 150.000 tonnellate annue, il 20 per cento in più rispetto alla capacità originaria. L’incremento è stato ottenuto aumentando la portata dell’attrezzatura. Nel 2007 Zaldívar ha prodotto 143.000 tonnellate di rame.

Collaborazione con Alfa Laval dal 1995

La maggior parte del rame catodico lavorato viene esportata in Giappone, Cina e Stati Uniti. L’ultimo anno è stato tra i più impegnativi, poiché l’aumento del costo del petrolio ha avuto un effetto domino su altri costi di produzione, come materiali, prodotti chimici, trasporti e forniture. A causa dell’aumento dei costi del carburante e della crescente pressione per ridurre le emissioni di CO₂, Barrick – come molte altre aziende – è costretta a trovare soluzioni per contenere i costi operativi e migliorare l’efficienza.

Robert Mayne-Nicholls, recentemente nominato direttore generale di Barrick Zaldívar, spiega: “Vogliamo essere l’azienda più efficiente dal punto di vista energetico, senza compromettere la produzione. A Zaldívar siamo riusciti a farlo grazie alla tecnologia Alfa Laval.”

La collaborazione tra Barrick Zaldívar e Alfa Laval è iniziata quando la miniera è entrata in funzione nel 1995. In quel periodo Barrick adottò una soluzione a piastre per il recupero del calore nell’impianto di elettro–estrazione di Zaldívar e investì in 16 scambiatori di calore a piastre con guarnizione Alfa Laval da utilizzare nel processo di estrazione del rame.

Gli scambiatori di calore contribuiscono al recupero del calore

Le unità sono state installate in quattro linee di produzione parallele, recuperando un totale di 48 megawatt di energia.

«Quando abbiamo iniziato a utilizzare gli scambiatori di calore a piastre Alfa Laval è stata una vera rivoluzione», racconta Nelson Valdivia, consulente per l’efficienza energetica e idrica presso Zaldívar. «Hanno cambiato tutto grazie alle loro dimensioni compatte e all’elevata velocità di trasferimento del calore. I vantaggi del nostro investimento in questa tecnologia sono ancora più evidenti oggi.»

Ruben Arriagada, ingegnere commerciale di Alfa Laval in Cile, afferma che Zaldívar è stata una vera pioniera. «Zaldívar è stata una delle prime miniere a utilizzare questo metodo», spiega. «Ha investito nella tecnologia di recupero del calore prima che diventasse una necessità. Se non avesse fatto quell’investimento allora, oggi i suoi costi sarebbero molto più alti.»

«C’è anche un vantaggio in termini di spazio, poiché gli scambiatori di calore a piastre occupano solo una frazione dello spazio richiesto dai tradizionali scambiatori a fascio tubiero», continua. «Questi ultimi avrebbero occupato l’equivalente di un intero campo da calcio.»

Affidabili e facili da mantenere

La facilità di manutenzione e installazione è un altro vantaggio delle apparecchiature Alfa Laval. Le ispezioni visive degli scambiatori di calore vengono effettuate ogni giorno, mentre la manutenzione è programmata annualmente. «Quando servono piccole regolazioni, le gestiamo direttamente in loco, ma quando componenti principali come i telai iniziano a usurarsi, ci rivolgiamo ad Alfa Laval per il supporto tecnico e l’assistenza», spiega Roberto Villalobos, supervisore della manutenzione e responsabile di impianto presso Barrick Zaldívar.

Nonostante la soluzione elettrolitica ricca sia estremamente corrosiva per le apparecchiature, Zaldívar non ha dovuto sostituire neanche una piastra dal 1995. La resistenza delle piastre è dovuta al contenuto di solfato di rame e al design personalizzato degli scambiatori di calore, che contribuisce a ridurre la corrosività.

Inoltre, gli scambiatori di calore Alfa Laval si dimostrano affidabili anche quando gli elementi naturali mettono alla prova gli impianti. Il 14 novembre 2007, un forte terremoto colpì le regioni minerarie del nord del Cile, causando un blackout e una perdita di produzione di 10 ore a Zaldívar.

Quando l’energia elettrica tornò, Valdivia verificò che le apparecchiature Alfa Laval erano ancora perfettamente funzionanti. «Il Cile e le regioni minerarie si trovano in una zona sismica, e le fondamenta degli impianti sono rinforzate per resistere ai terremoti», spiega. «Sorprendentemente, gli scambiatori di calore hanno continuato a funzionare come se nulla fosse accaduto.»

Partner di fiducia: Alfa Laval

Valdivia conosceva già bene Alfa Laval quando iniziò a lavorare a Zaldívar sei anni fa. «Avevo già avuto esperienze positive con Alfa Laval in un altro impianto in Cile», racconta. «Alfa Laval è conosciuta in tutto il settore minerario per la sua comprovata capacità di recupero energetico.»

Ruben Arriagada di Alfa Laval visita regolarmente la miniera di Zaldívar. «Voglio assicurarmi che offriamo il miglior recupero energetico possibile», afferma. La necessità di efficienza energetica è oggi più forte che mai, poiché i costi dell’energia continuano ad aumentare. Mayne-Nicholls sottolinea che i prossimi tre anni rappresenteranno una sfida energetica per tutte le industrie, inclusa quella mineraria. Gli obiettivi di recupero energetico di Zaldívar fanno parte di una visione che punta a ridurre il consumo complessivo di energia e le emissioni nocive, mantenendo invariato il ritmo produttivo.

«Lavorare con la tecnologia Alfa Laval è una situazione vantaggiosa per tutti», afferma Mayne-Nicholls. «Il loro sistema di recupero del calore a piastre ci aiuta a raggiungere questi obiettivi.» Ma c’è ancora molto da fare. «Oggi le industrie di tutto il mondo devono ridurre al minimo il consumo energetico», aggiunge, «e siamo sempre aperti a nuove tecnologie per aumentare ulteriormente la nostra efficienza energetica.» Zaldívar e Alfa Laval stanno già esplorando nuove modalità di collaborazione per il recupero energetico e la riduzione dei costi complessivi.

Un processo vincente nel recupero del calore

Zaldívar utilizza 16 scambiatori di calore a piastre Alfa Laval per recuperare calore nel processo di elettroestrazione, l’ultima fase dell’estrazione del rame. Dopo la frantumazione, il minerale viene trattato con acido solforico, che dissolve il rame. La soluzione viene poi lavata con un solvente organico per rimuovere le impurità. Dopo il lavaggio, il solvente organico viene separato e riciclato nella fase di lavaggio. La soluzione rimanente, composta da rame e acido, è chiamata “elettrolita ricco”.

L’elettrolita ricco viene immesso in serbatoi, dove una corrente elettrica passa attraverso due elettrodi – un anodo positivo e un catodo negativo. Il rame, attratto dalla corrente, si deposita sul catodo. La soluzione rimanente, povera di rame, viene riciclata nella fase di lisciviazione. Durante il ritorno, l’elettrolita povero preriscalda quello ricco, utilizzando gli scambiatori di calore Alfa Laval.

Scambiatori di calore Alfa Laval affidabili, in funzione 24 ore su 24

Zaldívar utilizza quattro linee con quattro scambiatori di calore a piastre Alfa Laval MX25 in ciascuna. Inoltre, dispone di un Alfa Laval M10 che riscalda l’elettrolita ricco con acqua alla fine del processo. Gli scambiatori di calore sono in funzione 24 ore al giorno.

«Le unità sono molto affidabili», afferma Roberto Villalobos, responsabile della manutenzione di Zaldívar. «Funzionano senza problemi significativi da quando abbiamo iniziato a usarle nel 1995.» Grazie alla soluzione con scambiatori di calore, Zaldívar recupera 48 megawatt di calore, con un risparmio di circa 4,6 milioni di dollari statunitensi all’anno. Inoltre, l’impianto riduce le emissioni di CO₂ di quasi 66 tonnellate all’anno. Gli scambiatori di calore a piastre occupano anche molto meno spazio rispetto ai tradizionali scambiatori a fascio tubiero.

Le unità sono progettate per rendere la manutenzione fisica il più semplice possibile. Le 16 unità operano in quattro linee di produzione e sono sospese a una barra portante, supportata da una barra di guida. «Questo rende il mio lavoro più facile», spiega Villalobos. «Poiché è necessario fermare solo uno scambiatore di calore alla volta, la produzione complessiva non ne risente in modo significativo.»