DISEÑOS DE SISTEMAS DE MANEJO DE RELAVES DE ALTA DENSIDAD: ASPECTOS RELEVANTES Autores: Juan Rayo, JRI Ingeniería S.A. Christian Moreno, JRI Ingeniería S.A.
13 DE NOVIEMBRE DE 2013
INTRODUCCIÓN
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La explotación y el procesamiento de minerales sulfurados tiene una historia de más de 100 años en Chile. El manejo de relaves cambió desde pulpas diluidas hasta espesamiento convencional y recientemente a la depositación de relaves ultra espesados. En las primeras plantas concentradoras, las pulpas fueron depositadas con una concentración en peso entorno al 30%, lo cual implicaba grandes consumos de agua fresca, normalmente sobre los 2 m3 de agua/ton de mineral. Los primeros flujos de relaves fueron unos pocos KTPD, transportados en canaletas de madera (El Teniente) y en mampostería (Chuquicamata, Salvador y Disputada).
INTRODUCCIÓN §
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Con la expansión de la capacidad de tratamiento, la industria se vio forzada a ser más eficiente: con el espesamiento tradicional, la concentración en peso de los relaves alcanza valores entre los 50-58%, permitiendo consumos bajo los 0,8 m3 de agua fresca/ton de mineral. La producción de relaves de alta densidad, posiblemente con concentraciones en peso entre 64% y 69%, permita alcanzar consumos bajo los 0,5 m3 de agua fresca/ton de mineral. Esta presentación se enfocará en los aspectos relevantes a tener presente en el diseño de sistemas de manejo de grandes caudales de relaves de alta concentración.
1. IMPACTO DE LOS CAMBIOS GEOMETALÚRGICOS §
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Prácticamente todas las Unidades Geometalúrgicas (UGM) de depósitos minerales de Cu presentan desviaciones importantes de su composición litológica, cuya consecuencia principal es la presencia de arcilla en diversos porcentajes. Impacto negativo en el comportamiento reológico y sedimentológico, vgr. baja velocidad de sedimentación y alta tensión de fluencia. Ejemplos: §
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Mineral arcilloso no detectado produjo embanque y la canaleta de relaves colapsó (Minera en I Región). Golpe de arcilla dejó sistema de bombeo de relaves fuera de servicio ya que la potencia instalada era insuficiente (Minera en II Región). “
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1. IMPACTO DE LOS CAMBIOS GEOMETALÚRGICOS (CONT.) §
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Los planes mineros deben estar basados en modelos que incluyan la reología y la sedimentación como atributos de la UGM respectiva. De este modo se podrá prever la presencia de minerales arcillosos para tomar las acciones de mitigación, tales como mezcla de minerales o prepararse para manejar temporalmente pulpas con propiedades severas (mayor dilución). No pronosticar oportunamente los golpes de arcilla puede provocar fuertes impactos en el negocio minero. “
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2. ESTUDIOS SEDIMENTOLÓGICOS Y REOLÓGICOS DEBEN SER EXTENSOS
Para cada UGM es recomendable considerar: Idealmente una La prueba de Las pruebas prueba reológica y sedimentación debe reológicas deben de sedimentación incluir considerar el completa por cada sedimentación libre 10 millones de comportamiento en tubos de prueba toneladas a ser para 5 y forzada con 3 procesadas, concentraciones de floculantes a 3 considerando el tipo sólidos. diferentes dosis. de agua a usar.
Idealmente se deben realizar pruebas en una planta piloto de espesamiento para el relave más representativo de la operación inicial.
2. ESTUDIOS SEDIMENTOLÓGICOS Y REOLÓGICOS DEBEN SER EXTENSOS (CONT.) §
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Un proyecto green field debería ser caracterizado con un mínimo de 100 muestras de relave aplicando la metodología mencionada. Un depósito en operación debería tener no menos de 50 muestras del mineral a ser procesado dentro de los próximos 3 años. Menor cantidad de información implica mayor riesgo de tener sorpresas operacionales de alto impacto.
3. DISEÑOS DE SISTEMAS Y EQUIPOS DEBEN SER CONSISTENTES CON LA INFORMACIÓN BASE
Factores de diseño deben ser robustos pero no demasiado sobredimensionados.
Diseñar sistemas que puedan manejar adecuadamente y sin riesgos, el 95% de las UGM que arriban a la planta concentradora (criterio de JRI).
Así, mecanismos de espesadores serán definidos para un rango razonable de torque, las bombas serán calculadas para operar de manera segura y el piping no se embancará o colapsará. El criterio significa que para 18 días/año se debe establecer una operación más restringida. Ej.: operar con concentraciones más bajas que lo establecido en los criterios de diseño o cambio temporal de reactivos.
4. LOS ESPESADORES DEBEN SER SELECCIONADOS ADECUADAMENTE Usualmente las garantías ofrecidas por los proveedores distan mucho de los costos de remediación en caso de un funcionamiento deficiente. Las medidas correctivas son muy caras: más espesadores, más agua fresca y más muros de retención de relaves. La empresa minera debe evaluar las opciones del mercado, priorizando la confiabilidad del equipo por sobre los costos de implementación. Efectuar estudios de benchmarking, entender las operaciones de montaje y dificultades de mantenimiento, y lograr la mejor o ferta técnica. Evaluar la competencia del proveedor en el cálculo correcto de aspectos tales como la sismicidad y el dimensionamiento de partes móviles.
5. EL MANEJO DE LOS RELAVES ESPESADOS AFECTA SU REOLOGÍA La depositación requiere de un relave con reología adecuada en el punto de descarga (τ =30-60 Pa).
En el diseño del espesamiento de alta concentración se debe considerar esta caída progresiva de la tensión de fluencia del relave.
Se producen pérdidas significativas de tensión de fluencia del relave espesado al pasar por bombas, estanques agitadores, tuberías y piezas de descarga.
6. LA REOLOGÍA PUEDE SER MODIFICADA CON REACTIVOS
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Incremento de tensión de fluencia cuando el espesamiento no permite alcanzar los parámetros reológicos en la descarga al depósito.
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Proyecto “Generación de polímeros para la optimización de procesos de espesamiento y depósito de relaves” (CdI-JRI con apoyo CORFO, resultados 2014).
Experiencias de laboratorio y a nivel piloto permiten definir la posibilidad de adicionar reactivos para modificar las condiciones reológicas del relave espesado (Zhou et al., 2001).
A la fecha no se cuenta con opciones de adición de reactivos baratas y eficaces.
7. MEDICIÓN DE PARÁMETROS REOLÓGICOS
El comportamiento reológico del relave de alta concentración varía en función de la UGM que se esté procesando, de la concentración de descarga, de la dosis de floculante, del pH, y otros.
Aún cuando muchas mineras cuentan con reómetro, la práctica operacional resulta ineficiente, algunas veces poco confiable e inoportuna para la toma de decisiones (mediciones del orden de horas). está desarrollando un equipamiento prototipo ® para la medición de reología online, con el cual se podrán tomar acciones correctivas inmediatas (Fase I: diseño, construcción y pruebas, diciembre 2013; Fase II: operación bajo condiciones no controladas, 2014). JRI
8. ESTUDIOS EXHAUSTIVOS DE LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE DE RELAVES §
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En etapas tempranas del proyecto se deben efectuar pilotajes de los sistemas de transporte de pulpa. Estudiar régimen del flujo, las pérdidas de carga, detención con pulpa y re-arranque, comportamiento de bombas, segregación y depositación de partículas, lavado de cañerías y escurrimiento a superficie libre. Efectuar análisis de transientes: caída de energía, cierre de válvulas, operaciones de lavado y llenado, y secuencias de partida y parada.
9. MANEJO DE FLUJOS LAMINARES
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En la industria minera se maneja flujo turbulento para el transporte de pulpas, condición que promueve la suspensión de las partículas y evita los embanques. Como consecuencia del transporte de relaves de alta densidad, es habitual tener flujo laminar. Existe evidencia de sistemas de transporte de larga distancia operando con flujo laminar que sufrieron embanques severos (Aude et al., 1996, Fuentes et al., 2004).
9. MANEJO DE FLUJOS LAMINARES (CONT.)
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La experiencia incipiente muestra que para un relave en flujo laminar se debe evitar longitudes mayores a los 2 km, idealmente no superior a 1 km, y evitar la operación con velocidades inferiores a 3,5 m/s. En todo caso operar con régimen laminar requiere un estudio fluidodinámico específico caso a caso.
10. DISEÑO ROBUSTO DE INSTALACIONES DE MANEJO DE RELAVES §
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Sistemas de bombeo: cada equipo con VDF, potencia con factor de derrateo, succiones lo más cercanas al cono, priorizar la confiabilidad del equipo, lograr la mejor oferta técnica, involucrar al proveedor y asegurar su compromiso ante contingencias. Estanques de traspaso: 1+1, sistemas de agitación que garanticen la homogenización de la pulpa de alta densidad y cañerías de rebose con pendientes de fondo adecuadas para permitir la evacuación gravitacional. Medidas abundantes para prevenir/mitigar embanques: circuitos de respaldo, conducciones directas a depósito/piscinas, múltiples inyecciones de agua de alta presión con flujo sobre el mínimo seguro en las líneas de relaves e inyecciones de alta presión en el cono del espesador.
CONCLUSIONES
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Se presentaron diez (10) aspectos relevantes a resolver para el manejo eficaz de este tipo de flujos. El estado del arte del manejo de grandes caudales de relaves de alta concentración muestra algunos desarrollos teóricos y prácticos importantes, pero al mismo tiempo múltiples preguntas no resueltas.
