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La adicción de un nuevo horno de calcinación rotativo de 550 tpd, más que duplicó la capacidad de producción de cal en la Planta da Linwood Mining and Minerals Corporation de Buffalo, localizada próxima de Davenport, Iowa... pero ésta también levantó el problema de qué hacer con una generación de finos grandemente aumentada. Entendiendo que aterrar el área de su planta con residuos finos en tasas de hasta 100 tpd no sería una buena solución a largo plazo, la compañía no solamente evitó aquella alternativa como también obtuvo una forma de mantener los nuevos finos en el flujo del producto de valor máximo con la ayuda de una briquetadora automatizada de prensa de rodillos.
Considerada una de las más grandes minas subterráneas de calcáreo del país, produciendo agregado y productos químicos de cal por más de 60 años, la Planta de Buffalo actualmente minera aproximadamente dos millones de toneladas al año, con reservas comprobadas suficientes para seguir con esa tasa en el siglo XXII y todavía por muchos años. Localizada a lo largo de la margen occidental del río Mississipi, extendiéndose entre una línea ferroviaria y una vía estadual, la compañía cuenta con tres alternativas viables para el embarque a clientes de su mercado de la región de Iowa-Illinois-Wisconsin.
Favorecida con dos depósitos diferentes de alta calidad, la planta de Buffalo suministra indistintamente una vasta gama de productos. A partir del segmento Davenport, cerca de 120 pies (36 m) abajo de la superficie, Linwood extrae rocas con aproximadamente 97% de calcio y baja concentración de hierro/sílica. Eso resulta en productos químicos de cal con gran apelo para la fabricación de acero, el tratamiento del agua y la producción de vidrio y tejas asfálticas, así como de gránulos de grado alimentar animal y cal agrícola.
Explorando el segmento Otis hasta 200 pies (61 m) abajo, se encuentra una roca diferente que produce un excelente agregado para el pavimentado en concreto y asfalto. Ese es un buen presagio para McCarthy Improvement Company, empresa coligada a Linwood, y que por más de 103 años ha sido una grande suministradora de los mercados de construcción pesada y de vías del medio oeste. McCarthy rovement fue miembro fundador de lo que vino a ser la matriz da McCarthy Bush Corporation de Bettendorf, Iowa, una empresa diversificada, de propiedad familiar, que incluye la Linwood Mining & Minerals, así como diversas operaciones de excavación de tierra, fabricación de acero, emprendimientos inmobiliarios residenciales y comerciales y otras subsidiarias.
Como ocurre con la mayoría de las canteras de agregado, la producción de la mina de Linwood es triturada y tamizada para producir diversos tamaños de piedras... pero aquí solamente cerca de un 40% termina como producto de agregado para la construcción. La mayor parte, tamizada hasta -1¾" +3" (-44,4 +6,4mm), se transporta para el lado de los productos químicos del emprendimiento. Hecho eso, cerca de la mitad se tritura para producir gránulos de 16 mesh para la fabricación de vidrio y alimentos animales, o partículas pulverulentas de 200 mesh para su uso como carga mineral en tejas asfálticas. La otra mitad va para los hornos de calcinación de calcáreo.
Según el subgerente de la planta de cal Dennis Jones, la necesidad creciente del mercado y el apelo de una mayor eficacia de producción llevó a Linwood a adicionar el nuevo horno de calcinación en 1998, elevando la capacidad combinada de 350 tpd de los tres hornos de calcinación anteriores de la planta para un total de 900 tpd. "En el minuto en que nosotros empezamos a planear la expansión”, éste dijo, “nosotros sabíamos que tendríamos problemas con los finos”.
Y explica que el calcáreo calcinado (óxido de calcio, o cal) proveniente de los hornos de calcinación es tamizado hasta -7/8" +3/16" (-22,2 +4,8mm) para desviar guijarros de cal conforme especificado por las industrias siderúrgicas y de tratamiento de agua. El material que sobrepasa el tamaño se tritura para -7/8" y retornado para el tamiz. En ese proceso, cerca de un 20% del material tamizado genera finos de hasta -3/16”. "Casi todo de los finos producidos por los tres hornos de calcinación anteriores había sido hidratado en el local y vendido en la forma de polvo para usos como purificación de cuba (desulfuración) o fabricación de asfalto para pavimentación”, Jones señala, “pero nuestro mercado de finos no es grande lo suficiente para consumir la carga adicional que vendría a partir del nuevo horno de calcinación”.
Briquetear los finos para su venta como equivalente de los guijarros se había considerado anteriormente, recuerda el gerente de la planta Jeff Dahl, pero eso nunca se transformó en una opción viable por la gran cantidad relativamente pequeña dejada después de la atención de la necesidad de los compradores para la cal hidratada. Planes de adicionar el cuarto horno de calcinación finalmente tornó eso exequible. "El briqueteado siempre pareció ser el único camino para reaprovechar los finos en esa cantidad y la única compañía que vio que podría suministrar ese tipo de equipo que nosotros necesitábamos fue K.R. Komarek, Inc., localizada próxima a Chicago”.
“Nuestra principal preocupación”, afirma Dahl, “era si la dureza de nuestra cal podría impedir su briqueteado en buenas condiciones. La mayoría de los guijarros de cal se quiebra fácilmente con la mano, como tiza, pero con nuestros guijarros, es necesario utilizar un martillo para romperlos”. Expresando esa preocupación antes que todo, Linwood envió diversos barriles de finos calcinados para a K.R. Komarek Research, Inc., una subsidiaria con sede en Anniston, AL, para pruebas en las versiones de laboratorio con instrumentación especial de las máquinas de producción de Komarek. Los pruebas confirmaron que, bajo una presión de cerca de 50.000 lb/pol. 2 (345 MPa), el material forma buenos briquetas con una densidad de cerca de 2,25 g/cm , sin necesidad de aglutinantes.
Pese a que los datos Anniston demostraron que la dureza de la briqueta podría aumentarse un poco más, con la adicción de estearato de calcio como lubricante interno, se entendió que eso no seria necesario. En una prueba de resistencia a la trituración, en la que las briquetas se trituran entre placas paralelas, la fuerza necesaria para triturar las briquetas da Linwood llegó hasta 290 lb (1290 N), comparada a la faja típica de 156 - 246 lb de briquetas de cal.
Guiados por los resultados de la evaluación de Anniston, por más proyecciones de volumen de finos de tamiz provenientes de Linwood y por las consideraciones del proyecto generalmente asociados a operaciones de briqueteado de óxido de calcio, Komarek propuso una briqueteadora con prensa de rodillos proyectada para producir una briqueta de formato oval de 0,43 pol. 3 / 6 oz (7,1 cm 3 / 17 g) con aproximadamente 1d" de longitud, f" de anchura y espesor y" (34,9 x 22,2 x 15,9 mm), en producciones de minerales refinados de hasta 10.000 lb (4.500 kg) por hora.
El laminador propuesto, una variación del proyecto del Modelo B400 de Komarek, forma briquetas con dos rodillos contra rotativos, opuestos verticalmente y alimentados a partir de un lado por una rosca de avance horizontal. Capaz de soportar fuerzas de separación de los rodillos de hasta 120 toneladas, a B400 consiste en un proyecto en balance con rodillos montados del lado externo en una extremidad de la máquina. Ese design en balance permite cambios de rodillo de forma más fácil y rápida, y Komarek lo recomendó porque la abrasividad de la cal requiere sustitución periódica de los rodillos desgastados.
En la briqueteadora de Linwood, los rodillos son de 18" (457,2 mm) de diámetro y 6" (152,4 mm) de anchura, con cavidades de media briqueta (bolsillos) usinados en sus caras circunferenciales. Cada rodillo posee tres columnas de bolsones a lo largo de su cara, dispuestas desalineadas, o en patrón ajedrezado, con cada columna conteniendo 60 bolsones alrededor de la circunferencia del rodillo. Ambos rodillos se accionan de forma sincronizada por un único motor eléctrico de 100 hp / 75 KW a través de una caja de reducción de doble salida. Los rodillos son indexados de modo que los bolsones en rodillos opuestos coincidan a medida que los rodillos giran, con las mitades superior e inferior cerrándose para formar las cavidades con el formato de las briquetas completas a medida en que pasan por la línea de centro vertical entre los rodillos.
La rosca de avance horizontal, accionada de manera independiente por un motor de 15 hp /11,25 kW, entrega los finos entre los rodillos en sus regiones de "acuñamiento" (donde los rodillos se encuentran), abasteciendo los bolsones de los rodillos inmediatamente antes de su cierre. El avance horizontal proporciona un flujo de material más consistente para los bolsones que los sistemas de alimentado a gravedad convencionales, y el accionado de la rosca de avance de la máquina de Linwood posee un control de velocidad variable para permitir el ajuste fino de la densidad de la briqueta.
En esa aplicación, la presión hidráulica de 2.000 lb/pol. 2 (13,8 MPa) aplica una fuerza de separación de los rodillos de 80 toneladas para obtener la presión de briqueteado prescripta de 50.000 lb/pol. 2 a medida que los bolsones se cierran al pasar por la línea de centro de los rodillos para comprimir el material en una masa sólida. Cuándo cada bolsón avanza además de la línea de centro de los rodillos, sus dos mitades naturalmente se retraen, permitiendo que las briquetas formadas caigan hacia afuera de la prensa y se deslicen a través de una canaleta para una correa transportadora que las entrega en un tanque de almacenamiento de 35 toneladas en las proximidades.
Como la briqueteadora se posiciona al aire libre, a medio camino en una torre de estructura abierta de 104 pies (32 m), todas las piezas del sistema, cargando finos o briquetas, son completamente enclaustradas para proteger la cal del deterioro provocado por la humedad del ambiente.
Los finos llegan a la tolva de alimentación de la briqueteadora por gravitación a través de una canaleta proveniente de un tanque de 30 toneladas situado luego arriba, éste se mantiene lleno por un transportador de rosca inclinado (rosca sinfín) que eleva un flujo continuo de finos provenientes de un tamiz de salida del horno de calcinación y los deja caer en el tanque de abastecimiento del briqueteado a través de una abertura de un lado a otro en la parte inferior del transportador. Como los hornos de calcinación, el transportador trabaja continuadamente, de modo que sea proyectado con un simple, pero eficaz mecanismo para la protección automática contra “desborde” para evitar la posibilidad de que se haga necesario parar la briqueteadora. Si el tanque del abastecimiento de la briqueteadora se llena a punto de que los finos no caigan por la abertura, los finos simplemente continúan moviéndose hacia arriba hasta la extremidad de la rosca transportadora para un tanque de almacenamiento de finos, donde son mantenidos para la venta a los diversos mercados de finos.
Próximo al tanque de almacenamiento de finos, se encuentra un tanque en el formato de silo de 500 toneladas que recibe guijarros de cal en la parte superior, transportados separadamente hacia arriba a partir del tamiz del horno de calcinación, y que se vacía en la parte inferior para el drive-thru del cargamento dos camiones.
El tanque de almacenamiento de 35 toneladas que recibe las briquetas, se vacía sobre una correa transportadora de pesaje que alimenta un cargador de "supersacas" en el nivel abajo del suelo, adyacente a la estructura del silo. Cuatro tanques más de almacenamiento alimentan correas transportadoras de pesaje, en el mismo suelo que también converge para la canaleta de descarga del cargador de sacas, permitiendo que cantidades medidas de los diversos adictivos especificados por los clientes se mezclen en sacos de malla de nylon de 2 toneladas junto con los briquetas de cal. Las mezclas se miden según los programas de mezcla homogeneizada almacenados en un panel de control computadorizado propio en la estación de cargamento de sacas. “Las mezclas ensacadas se destinan principalmente a clientes de siderúrgicas”, afirma Jones. “Las siderurgias ahorran tiempo y dinero simplemente dejando que toda la saca caiga en el metal fundido, en vez de medir los varios ingredientes separadamente”.
La operación de briqueteado de Linwood es totalmente automatizada, explica el electricista Mike Truninger. “El sistema se pone en marcha y se detiene sólo por control de CLP, accionado por indicadores de nivel de briquetas en el tanque de almacenamiento de sacas. Cuándo el abastecimiento se torna bajo, el CLP pondrá en marcha el equipo en una secuencia reversa, primero el transportador de transferencia, enseguida los rodillos de la briqueteadora, entonces la rosca de avance de la briqueteadora y los vibradores en las canaletas de descarga que bajan los finos para la briqueteadora. Un panel de control en el piso de la briqueteadora permite la sobreposición para el control manual, pero eso raramente es necesario, excepto para fines de mantenimiento”.
Además de eso, le agrega, sensores al tanque de almacenamiento da briqueteadora que van a detener el sistema, si el nivel de finos se torna muy bajo y enseguida, el sistema se pondrá en marcha nuevamente cuando el abastecimiento de finos se restablezca.
“La operación de toda la planta de cal es supervisada a partir de una sala de control central”, señala. “Allí, cuatro PCs presentan gráficamente las diversas operaciones de la planta, alertan los operadores sobre cualquier problema y permiten que ellos tomen las acciones apropiadas. Mientras todo está funcionando normalmente, nadie necesita preocuparse a respecto del sistema de briqueteado”, “Él funciona sólo”.
Pese a que la briqueteadora de Linwood tiene capacidad de procesar más finos de lo que produce el nuevo horno de calcinación produce, la máquina actualmente funciona cerca de mitad del tiempo, dice el gerente de la planta Jeff Dahl. “Eso fue planeado para darnos bastante espacio para un crecimiento potencial en los pedidos de ensacados. Ahora mismo, estamos ensacando solamente cinco días a la semana, pero la producción funciona 24 horas, siete días a la semana, con grupos alternándose en períodos de tres y cuatro días con turnos de 12 horas”.
“Crecimiento potencial a parte”, agrega, “nuestro objetivo primario era reducir el costo de los residuos. Si un 20 por ciento de nuestro material viene en la forma de finos y son desechados, entonces estamos botando un 20 por ciento de los costos del trabajo de minería, trituración, tamizado, manejo y calcinación de la roca. Eso torna esos finos muy valiosos para terminar en un aterro. Al paso que capturar su valor con el briqueteado exigió una inversión inicial significativa, nosotros calculamos que ese sistema se pagó en menos de un año o algo así”.
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