uso de relaves en pasta

Ingeniería para el desarrollo de relaves en pastade relaves en pasta

Sustainable Mine Development

Division Chile

Noviembre 2012

“Lo que embellece al desierto

es que en alguna parte

esconde un pozo de agua…”

Antoine de Saint-Exupery

……Y nuestro pozo está en el relave, recuperando agua directamente

desde los relaves, sin necesidad de recurrir a nuevas fuentes

naturales de suministro de agua.

Introducción

Proyecto Deposito de Relaves TTD.

Objetivo

Reducir sustancialmente el área destinada para losrelaves, evitar infiltraciones y emisiones derelaves, evitar infiltraciones y emisiones dematerial particulado por viento, incrementar laestabilidad física y química y disminuirnotablemente el impacto ambiental.

IntroducciónForma parte del proyecto:

• Línea de transporte de relaves haciaespesadores

• Espesadores HCT o de cono profundo,debieran reemplazar a los espesadoresconvencionales en el tratamiento de relavesconvencionales en el tratamiento de relaves

• Línea de agua recuperada

• Línea de transporte de relaves espesados

• Línea de distribución

• Control e instrumentación

Convencionales vs Espesados

Alta Presión

Agua/Líquido

0,5-1,0° Pendiente

Lamas

Polvo

ARENAS

Muro de ContenciónEmpréstito / ArenasAgua

recuperada

Evaporación

Infiltraciones

Conceptos Básicos

Relave: suspensión de sólidos en líquidos, formandouna pulpa, que se generan y desechan en las plantas deconcentración húmeda de especies minerales que hanexperimentado una o varias etapas en circuito demolienda fina.

Relaves en Pasta: mezcla de agua con sólido, conRelaves en Pasta: mezcla de agua con sólido, conabundante partículas finas y un bajo contenido de agua,de modo que esta mezcla tenga una consistenciaespesa, similar a una pulpa de alta densidad.

Reología: es la ciencia que estudia el flujo y la deformaciónde las propiedades mecánicas de los gases, líquidos,plásticos, sustancias asfálticas y materiales cristalinos. Losfluidos pueden ser entonces:

Newtonianos, cuando el valor Tensin - Deformación esconstante y tal valor se le conoce como “viscosidad”.

Conceptos Básicos

No Newtoniano, cuando el valor no es constante y varía de lasiguiente forma:

• Cuando aumenta, se describe tal comportamiento como“fluido dilatante”.

• Cuando disminuye, se describe tal comportamiento como“fluido pseudo plástico”.

Fluido tipo plástico Bingham, no Newtoniano ytransporte y descarga laminar.

Descarga:

Consolidación Inicial:

Conceptos BásicosDescargas y Densificación

Mínimo volumen, máxima densidad.

Evaporación de agua, peso propio, adquierependiente, no hay exudación.

Consolidación Inicial:

Límite Contracción:

Conceptos BásicosEstabilidad Sísmica

Relave Convencional: exceso deagua, baja resistencia y altopotencial de licuación

Relave espesado: muy poca agua,suelo denso, alta resistencia y bajopotencial de licuación

Floculante: polímeros orgánicos solubles en agua que se usansolos o en combinación con coagulantes inorgánicos, comosales de aluminio o de hierro, con el objeto de aglutinar lossólidos pequeños presentes en la pulpa de relaves y formarpartículas grandes y densas de floculo que sedimentanrápidamente.

Conceptos Básicos

Conceptos BásicosYield stress: es la fuerza cortante necesaria aplicada al material paraque este empiece a fluir.

Este parámetro es importante, porque de este valor, depende eltorque de diseño del espesador de pasta, dado que las rastrasdeben vencer la resistencia al flujo de la pasta formada y sercapaces de transportar la pasta, hasta el centro del espesador paraser evacuadas. El torque de diseño no solo involucra la selección deun reductor adecuado, sino de un nuevo diseño de rastras.un reductor adecuado, sino de un nuevo diseño de rastras.

Conceptos BásicosHomogenidad y no Segregabilidad

Conceptos BásicosDiferencia Espesadores Pasta vs Convencionales

Conceptos BásicosEspesadores Pasta vs Convencionales

HRT HCT PT

Densidad Underflor 50-57 > 60 > 65

Yield Stress underflow (unsheared) > 10 > 40 > 80

Difucultad bmbeo

Control de procesos

Consumo floculante

Riesgo de donut

Riesgo trabamiento de la rastra

Costo capital

Dificultad en el bombeo

Demanda mantenimiento

Etapas de un Proyecto

Estudio

Conceptual

Estudio

Prefactibilidad

Estudio

FactibilidadFase Avance EPCM

Precisión Capex

± 35 % Mejor que ± 15 %± 15 %± 25 % Mejor que ± 10 %

IdeasPlaneando el

Negocio

Planificación

del ServicioPlanificación del Proyecto Implementación del Proyecto

Ingeniería ConceptualIngeniería

PreliminarIngenoer+ia Básica Ingeniería Detalle


Conceptual : Los objetivos de esta fase, son definir yaplicar diferentes conceptos que pueden estar disponiblesen el estado del arte y elegir las alternativas mejores,estableciendo los parámetros fundamentales y validar laoportunidad del proyecto.

Esta fase del estudio también se conoce como la "Etapa deEsta fase del estudio también se conoce como la "Etapa dePlanificación del Negocio", con una importante labor departe del Cliente.

Como Ingeniería se aporta los conocimientos técnicos y laejecución relacionada con el proyecto, que comprende laidentificación del caso base y evaluación de las opciones aser consideradas en el estudio.

Etapas de un ProyectoPrefactibilidad: el objetivo principal de esta etapa, esconfirmar el diseño del caso base, mediante el término delos estudios de trade-off y las opciones evaluadas.

En algunos proyectos, los estudios de trade-off pueden noestar totalmente concluidos, por lo que el programa delproyecto y las estimación debe tomar esto en cuenta,proyecto y las estimación debe tomar esto en cuenta,siendo el resultado principal de la etapa un informe deestudio de pre-Factibilidad.

Etapas de un ProyectoFactibilidad: el objetivo es desarrollar un estudiodonde la estimación del presupuesto de inversiónsirva para una autorización de capital con laprecisión especificada. El estudio en términos de lascantidades que deben instalarse debe ser de talforma que permita establecer un plan de ejecución yprograma. Debe considerarse lo siguiente:programa. Debe considerarse lo siguiente:

• El trabajo de ingeniería se basa en la informacióndisponible en ese momento.

• En el diseño, se ha completado el análisis detalladodel proceso y los cálculos, por lo que estánidentificadas las instalaciones, los equipos y sutamaño.


• El análisis inicial de los riesgos y otras revisionesse llevan a cabo en esta etapa.

• Generalmente en esta etapa está disponible lainformación general de los vendor.

• Los riesgos identificados son minuciosamente

Factibilidad :

• Los riesgos identificados son minuciosamenteanalizados y establecidas las estrategias demitigación.

El estudio es la base para determinar, el costo y elprograma, junto con el soporte a la ingeniería,procurement y construcción.


Detalle: tras la aprobación del financiamiento porparte del propietario, comienza la ejecución delproyecto, con la ingeniería de detalle, procurement yconstrucción de acuerdo con la programación de losprogramas de referencia. Se debe considerar lossiguiente:siguiente:• Las revisiones generales de los principales

documentos tales como HAZOP, P & ID, incluidoslos paquetes de los vendedores.

• Se emiten para construcción los P&IDs, diagramasde manejo de materiales y planos de layout.

• Completada un 60% de la revisión del modelo 3D.


Detalle:

• Se emiten para la construcción la preparación delsitio y los planos de fundaciones.

• Se incorpora en el diseño los datos deproveedores y terceros recibidos.proveedores y terceros recibidos.

• Las actividades de ingeniería en todas las demásdisciplinas están en el peak.

Se informa al comienzo de esta etapa, el plan deejecución, estimación de costos y las líneas de basedel cronograma establecido.

Etapas Proyectos y Entregables

Conceptual Prefactibilidad Factibilidad Básica Detalle

Plan minero Preliminar Detallado Congelado

Ensayos laboratorioIdentificarNecesidad

Preliminar Congelado

Pruebas pilotoIdentificarNecesidad

Preliminar Congelado

Criterios diseño Preliminar Detallado Congelado

Balance masa y agua Preliminar Detallado Detallado Congelado

Geotecnia Preliminar Detallado

Hidrología Preliminar Detallado Congelado

Topografía Preliminar Detallado Congelado

Cáculos hidraúlicos Preliminar Detallado Congelado

Selección equiposmayores

Preliminar Detallado Congelado

Selección equipos menores

Preliminar Detallado Detallado Congelado

Layout Preliminar Detallado Congelado

Costosoperación/inversión

Preliminar Detallado Congelado

Plan procurement Preliminar Detallado Congelado

DefinicionesPreliminar: los deliverables se basan en información preliminar específica del proyecto,sin embargo las cubicaciones no son rastreables.• Los análisis técnicos y cálculos no están preparados para objetivos a mediano plazo.

• El tamaño, tecnología y los procesos están bien desarrollados, sin embargo el diseño ylos cálculos no se pueden llevar a cabo todavía.

• No se ha recibido y/o incorporado la información de diseño de terceros/proveedores.

Detallado: los deliverables se basan en información específica del proyecto y disponibleen el momento de ejecución de la etapa; además reflejan bien el alcance. La informaciónes confiable para la autorización del presupuesto.es confiable para la autorización del presupuesto.• Las instalaciones, equipos, diseño del proceso están finalizado y los cálculos se han

realizados.• No se ha completado todavía, las revisiones formales tales como HAZOP, P&ID, etc..• Ha sido recibida e incorporada investigaciones preliminares o presupuesto preliminares

de proveedores/terceros, para la elaboración de los paquetes de los equiposprincipales..

Congelado: los deliverables se basan en información detallada del proyecto y representael alcance y objetivos a mediano plazo. Cuando el trabajo de construcción aplicable, y elmontaje puede continuar.• Se han realizado el análisis y los cálculos de la ingeniería de detalle.• Se han completado las revisiones formales internas tales como HAZOP, HSE, P&ID, etc.

Ensayos LaboratorioGranulometría: el objetivo de este ensayo es determinar ladistribución granulométrica del relave. La granulometría se obtienea partir del tamizado del material por mallas estandarizadas segúnVolumen 8 del Manual de Carreteras (V8/8.102.1), hasta un tamañode 25 µm (malla #500) y los tamaños inferiores a este tamaño seobtiene vía Hidrometría, ensayo basado en la sedimentación de laspartículas en una probeta estandarizada y en condicionescontroladas.controladas.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 10 100 1000 10000

Mat

eria

l pas

ante

(%

)

Tamaño de partículas (µm)

Rosario UGM1 AM

Rosario UGM3 AM

Rosario UGM3 AM

Ujina UGM1 AM

Ujina UGM2 AM

Ujina UGM3 AM

Ujina UGM4 AM

Ujina UGM1 AP

Ujina UGM2 AP

Ujina UGM3 AP

Ujina UGM4 AP

Curva granulométrica típica

Ensayos LaboratorioGravedad específica: la gravedad específica de un suelo (Gs) se define como elpeso unitario del material dividido por el peso unitario del agua destilada a 4°°°°C. Este ensayo se realiza bajo la norma ASTM c 128, en la que se utiliza unmatraz Le Chatelier y agua, kerosene o bencina para su determinación.

Clasificación USCS: Es una clasificación en la cual conociendo la cantidad dematerial pasante bajo malla #200 y su índice de plasticidad (IP), es posiblecatalogar el material dentro de un sistema unificado y así conocer suscaracterísticas comunes. Este ensayo se realiza según Volumen 8 de manual decarreteras (V8/8.102.3-8.102.4).carreteras (V8/8.102.3-8.102.4).

Bender Element: este método de ensayo es realizado en un equipo de triaxialmodificado (Robertson et al., 1995). La modificación consiste en adicionar un “benderelement” el cual permite medir la velocidad de ondas de corte en muestraspreparadas a diferentes relaciones de vacíos.

Límite de Contracción por Evaporación: el límite de contracción es la humedadmáxima de un suelo, bajo la cual, variaciones del contenido de agua del material nocausan variaciones de volumen. Este valor se representa como un porcentaje dehumedad. Adicionalmente se presenta como un porcentaje de sólido y como unadensidad seca, ambas equivalentes a la humedad medida.

Ensayos LaboratorioYield stress: El objetivo de este ensayo es determinar la tensión de fluenciaasociada a una condición estática de inercia cero del material. Este valor es degran importancia debido a que caracteriza el comportamiento hidráulico delrelave.Para la medición de la tensión de fluencia en las muestras ensayadas en ellaboratorio de SNC-Lavalin Chile, se utiliza un reómetro marca Haake modelo VT550 con un sensor FL 10 del tipo paleta.El resultado final se representa graficando el promedio de las medicionesrespecto al porcentaje de sólidos en peso de la muestra.

Ensayos LaboratorioCurva típica reograma

Ensayos LaboratorioViscosidad: este ensayo entrega valores de esfuerzos de corte asociados a unavelocidad de cizalle específica, con lo cual se genera un reograma específicopara cada muestra, al cual es posible aplicar un modelo de comportamientocomo el descrito por Bingham o por Herschel-Bulkey y así encontrar un valordel Yield Stress y Viscosidad asociado al material en cuestión.

Para fluidos como los relaves espesados, el modelo utilizado corresponde aBingham, asumiendo que el fluido es del tipo visco-plástico. Entonces, lapendiente de la zona recta de la curva del reograma corresponde a la viscosidady la extrapolación al eje Y, corresponde al Yield stress de Bingham.y la extrapolación al eje Y, corresponde al Yield stress de Bingham.

Los ensayos se realizan con el mismo viscosímetro con que se realizan losensayos de Yield Stress, instalando un sensor tipo MV 2P. Para cada muestramedida se realizan 2 reogramas cuyos resultados son promediados para asíreducir errores de medición.

En los ensayos de viscosidad se genera un reograma a cada concentración desólidos en la que también fue medido el Yield stress por método de vane, por lotanto se cuenta con un set de valores de Yield stress de Bingham y deviscosidad que se grafican con respecto al Cp.

Ensayos LaboratorioPendiente depositación: la idea principal es estimar, para distintasconcentraciones de sólidos, la pendiente de depositación que tendrá ladescarga de relaves espesados en un depósito. Este procedimiento se realizade acuerdo a la metodología indicada por el profesor Eli Robinsky, el cual através de una gran cantidad de ensayos determinó la geometría de una canaletade laboratorio que entrega las predicciones más ajustadas.

Sobre la canaleta de laboratorio se realiza una simulación de descarga derelaves y se determina una pendiente de depositación que será muy parecida ala que se obtendría en un caso real.

Con este ensayo es posible determinar el rango de concentración de sólidos yla pendiente de depositación asociada, de modo que el relave se descargue encondiciones no segregables. Se identifica la máxima concentración de sólidosque permite una depositación homogénea y un adecuado transporte hidráulico.Como resultado, se entrega la curva de pendiente de depositación v/sconcentración de sólidos.

Ensayos LaboratorioCurva típica pendiente depositación:

8

10

12

Pen

die

nte

de d

ep

osi

tació

n (

%) Integral pH 10,5 sep 2008

Integral pH 10,0 dic 2008

Integral pH 10,5 ago 2009

Segrega No segrega

0

2

4

6

8

60 62 64 66 68 70 72 74 76

Pen

die

nte

de d

ep

osi

tació

n (

%)

Concentración de sólidos (%)

Integral pH 10,5 ago 2009

Integral pH 10,5 nov 2009

Ensayos LaboratorioTriaxial Estático: este ensayo es realizado bajo los standards de la norma ASTM D4767-95, 2000). Se realiza en una cámara triaxial a tres diferentes esfuerzos deconfinamiento según sean requeridos, como su nombre lo dice es un ensayoconsolidado no drenado el cual permite realizar medición de presión de porosdurante la realización del mismo. Con los resultados de este ensayo se obtienen lascurvas de Esfuerzo desviador (σd) vs deformación axial (Ea%), variación volumétricay trayectoria de tensiones totales y efectivas. De dichas gráficas se obtienen losparámetros de resistencia estática correspondientes al espécimen ensayado, asícomo también su módulo de elasticidad y razón de Poisson (condiciones estáticas).

Triaxial Clíclico: se encuentra normado bajo la ASTM D 3999-91. La prueba consiste enaplicar un esfuerzo desviador axial cíclico y fijar una magnitud (control de carga) ouna deformación axial cíclica (control del movimiento) en un espécimen cilíndrico delsuelo o relave incluido en una célula triaxial de presión. La tensión axial resultante yla deformación axial son medidas durante el ensayo y se utilizan para calcular elmódulo tensionar-dependiente o movimiento-dependiente.Esta prueba proporciona los parámetros dinámicos, lineales o no lineales del relave ygeneralmente estos métodos son utilizados para la evaluación del funcionamiento deestructuras depositadas (tranques de relaves) y dirigidas bajo cargas cíclicas(dinámicas) tales como las causadas por eventos sísmicos. Uno de sus propósitosprimarios es la obtención del modulo Young (bajo condiciones dinámicas).

Ensayos LaboratorioConsolidación por peso propio y permeabilidad: este ensayo permite medir laconsolidación vertical por peso propio hasta 50 m de profundidad y corregir ladensidad in situ.Adicionalmente se realiza una estimación de la permeabilidad en función de laprofundidad hasta 50 m de altura

1,80 1,85 1,90 1,95 2,00 2,05 2,10 2,15

Densidad Seca [ton/m3]

Curva típica, consolidación y permeabilidad

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1,80 1,85 1,90 1,95 2,00 2,05 2,10 2,15

Pro

fun

did

ad

[m

]

Variables de entrada a controlar:

• Tasa de alimentación

• Tipo floculante

• Dosificación floculante

• Dilución alimentación

• Altura cama

Pruebas Planta Piloto

• Velocidad de rastra

“Fundamental para conseguir resultados

confiables, es la representatividad del

relave a evaluar”

Propiedades del relave a controlar:

• pH alimentación y descarga

• Granulometría alimentación y descargaespesador

• Concentración de sólidos


Variables de salida a controlar:

• Vane Y.S.

• Concentración de sólidos descarga

• Caudal agua

• Caudal pulpa espesada

Diagrama Pruebas Planta Piloto

* Tasa

* Floculante

* Dosificación Floculante

* Dilución

OK

Inicio Operación en

régimen de diseño

* Tasa

* Floculante


* Dilución

*Sólido en

Descarga

Si Si

No No

*Sólido en

Descarga

* Tasa

* Floculante


* Dilución

* Tasa

* Floculante


* Dilución

* Tasa

* Floculante


* Dilución

* Tasa

* Floculante


* Dilución

*Sólido en

Descarga

Si

No

No

No

Pruebas Planta PilotoPendiente depositación en canaleta: Las pruebas de depositación serealizan cuando los equipos espesadores logran su estabilización.Para la realización de este ensayo se considera la utilización de lossiguientes elementos.

• Estanque Agitador: equipo de construcción en acero A36, cilíndricocon fondo Klopper, con un diámetro de 1,6 m y una altura total de4,1 m. El volumen efectivo es de 2,5 m3. Esta equipado con unagitador de doble hélice, diseñado para efectuar el cizallamiento dela pulpa contenida, reduciendo las condiciones de Yield Stressnaturales y las producidas por reactivos, como floculantes.naturales y las producidas por reactivos, como floculantes.

• Canaleta de depositación: Construida en 5 módulos de 2,4 m delongitud, con una sección de 1,1x1,1 m, en acero y madera revestidacon material de bajo coeficiente de roce.

Área evaporación: superficie disponible en el depósito, necesariapara que el relave espesado alcance su límite de contracción en elmenor tiempo posible.


Ensayo de cono:

• Determinación del yield stress.Se habilita un tubo de PVC de 11cm de diámetro y 15 de alto sevierte pulpa hasta enrasarlo,luego el tubo es retiradorápidamente y la altura resultantedel cono se relaciona


del cono se relacionadirectamente con el yield stressde esa pulpa.

• Para la calibración se realizanparalelamente mas medicionesde altura de cono y de yieldstress con el viscosímetro y asírelacionar cada altura a un yieldstress.

Variables medidas:

• Alimentación : t/h

• Tasa de alimentación : t/h/m2

• Interfase : m de agua

• Dosificación floculante : g/t

Pruebas PilotoEspesador 22 m, 8ktpd

• Torque máximo : %

• Presión cono espesador : %

• Cp alimentación/descarga : %

Pruebas PilotoLoop de Bombeo

• Validar la formulación teórica usada para dimensionar el sistema de transporte,impulsión y depositación de relaves espesados.

• Las pérdidas de carga por conducción y en singularidades son correlacionadasusando la formulación matemática de fluidos no-newtonianos, en tuberías deacero y HDPE y/o Pexgol.

Pruebas PilotoLoop de Bombeo

Criterios Diseño GeneralesTorque:Alarma 60% = Medida correctiva.

Por seguridad sistema enclavamiento a 85%.

Medida correctiva es activar recirculación, por periodosuficiente para restaurar el sistema.

Adicionalmente se debe incrementar la velocidad dedescarga, según lo requerido.descarga, según lo requerido.

Serán considerados en función a la lectura del sensor denivel de la interfase.

H total = H agua + H sólidos

Ejemplo: 10.5 m = 3 m + (10.5 – 3)

Nivel de sólidos:

Presión:Presión = Densidad * Altura * f (Factor de conversión)Ejemplo : Indicador de presión : 20 psi

Densidad descarga : 1.98 g/cc�� Altura = 20 psi / 1.98 * factor

Inventario de sólidos:

Criterios Diseño Generales

En base a la geometría del espesador se halla el volumen ocupado por lossólidos. Por tanto inventario de sólidos es

TMS = Volumen * Densidad * % Sol.

Densidad de alimentación y descarga: Se debe tener en cuenta que estefactor es importante para poder controlar el equilibrio del espesador:

Flujo masa alimentación = Flujo masa descargaQ (F) * Dens. (F) * % Sol (F) = Q (u/f) * Dens (u/f) * % Sol (u/f)% Sol = (GE * (Dens. – 1)) / ( Dens. * ( GE – 1 )) * 100

• Material : relave de cobre

• Díametro : 17 m

• Drive : B60P-4

• Torque : 960,000 lb-ft

• Factor K : 309

EJEMPLO:Criterios Diseño Generales

• Factor K : 309

• Cp Underflor : 73%

• Feedwell : Eimco E-Duc

• N°°°° Unidades : 1

• Bomba Shear Thinning

• Material : relave de cobre

• Díametro : 12 m

• Drive : B60P-2

• Torque : 480,000 lb-ft

• Factor K : 310

Criterios Diseño Generales

• Factor K : 310

• Cp Underflor : 70%

• Feedwell : Eimco E-Duc

• N°°°° Unidades : 1

• Bomba Shear Thinning

FINFIN

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