2018
ING. EMMANUEL TUMY GOMEZ PRESENTADO POR EL GRUPO 1 11-6-2018
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS
TRABAJO ENCARGADO “TRATAMIENTO DE ÓXIDO DE COBRE DE BAJA LEY”
PRESENTADO A: ING. EMMANUEL TUMY GOMEZ
Docente de la Facultad de Ingeniería de Minas
POR: ORLANDO CHURA TORRES Código: 135715 WILY PORTUGAL QUISPE Código: 141774
Semestre: VIII
JUNIO, 2018
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS
TRABAJO ENCARGADO “TRATAMIENTO DE ÓXIDO DE COBRE DE BAJA LEY”
PRESENTADO A: ING. EMMANUEL TUMY GOMEZ
Docente de la Facultad de Ingeniería de Minas
POR: ORLANDO CHURA TORRES Código: 135715 WILY PORTUGAL QUISPE Código: 141774
Semestre: VIII
JUNIO, 2018
DEDICATORIA A: Dios por habernos habernos dado la vida, vida, la voluntad y la oportunidad oportunidad de estudiar. A nuestros padres por estar siempre a nuestro lado, en los malos y buenos momentos de nuestras vidas, por mostrarnos en cada momento apoyo incondicional.
Tabla de contenido 1.0 MARCO TEORICO...................................................................................................................... 6 1.1. Definición ............................................................................................................................ 6 2. BACKFILL DE MINAS ................................................................................................................... 7 2.1. ELECCIÓN ............................................................................................................................ 7 2.1. FUNCIONES ......................................................................................................................... 8 3. IMPORTANCIA DEL RELLENO ...................................................................................................... 8 4. TIPOS DE RELLENO ..................................................................................................................... 9 4.1. RELLENO DETRÍTICO O CONVENCIONAL............................................................................... 9 a)
AUTO RELLENO ............................................................................................................... 9
b)
RELLENO SECO O “DRY FILL” .........................................................................................
12
4.2 RELLENO HIDRÁULICO ............................................................................................................ 15 CARACTERÍSTICAS .................................................................................................................... 17 APLICACIONES .......................................................................................................................... 19 UTILIZACIÓN ............................................................................................................................ 19 REQUISITOS ............................................................................................................................. 19 VENTAJAS ................................................................................................................................ 20 DESVENTAJAS .......................................................................................................................... 20 5. ETAPAS DE LA APLICACIÓN DEL RELLENO HIDRÁULICO ............................................................. 20 PRIMERA FASE ......................................................................................................................... 20 SEGUNDA FASE ........................................................................................................................ 21 TERCERA FASE .......................................................................................................................... 21 5.1. HIDRÁULICO PODEROSA .................................................................................................... 21 6. RELLENO HIDRONEUMATICO ................................................................................................... 24 Hidráulico cementado .......................................................................................................... 25 6.1. CONDICIONES PARA SU APLICACIÓN ................................................................................. 25 6.2. CICLO DE RELLENO ............................................................................................................ 26 6.3. CEMENTOS UTILIZADOS:.................................................................................................... 28 Cemento puzolánico ................................................................................................................ 29 7. VARIANTE ................................................................................................................................ 31 7.1. RELLENO EN PASTA ........................................................................................................... 31 VENTAJAS DE ESTE MÉTODO .................................................................................................... 34
DESVENTAJAS DE ESTE MÉTODO .............................................................................................. 35 8. RELLENO COMPUESTO ............................................................................................................. 36 CONCLUSIONES ............................................................................................................................ 37 BIBLIOGRAFÍA Y WEB GRAFIA ....................................................................................................... 38
INTRODUCION El “backfilling” o relleno, como es conocido tradicionalmente en la minería de la península
Ibérica, es la operación que consiste en volver a rellenar los huecos generados por la explotación minera con material no útil, que bien puede venir de otras zonas de la explotación, bien de la planta de tratamiento de mineral o bien de otras fuentes. Los métodos de explotación utilizados en minería son muy variados y, utilizando la tecnología existente en cada momento, se adaptan a las necesidades particulares de cada mina. Estas condiciones particulares son muchas, pero las más importantes son: geometría del yacimiento mineral, características químicas y físicas de las rocas incluidas la geotecnia, tanto del mineral como del estéril, atmósferas explosivas, interacción de los materiales con el agua, ley de mineral existente, etc.... También son muy importante los materiales disponibles, por ejemplo como se verá posteriormente, la granulometría disponible y esto va a depender tanto de las características del yacimiento como del tratamiento de concentración de mineral. En la actualidad se utiliza el relleno por un tercer motivo que es el disminuir el impacto ambiental. En particular el impacto generado por la disposición de materiales minados y/o procesados en la superficie. De esta manera el material que se iba a depositar en la superficie se vuelve a introducir en la mina. La introducción de relleno no es una tarea baladí, pues no solo se requiere que técnica y económicamente sea viable sino que implica la realización de infraestructuras específicas, tener distintos flujos de material, así como una organización del trabajo mucho más compleja. La mina debe ser diseñada específicamente para poder hacer relleno. Téngase en cuenta, se detallará posteriormente, que el manejo del relleno puede suponer manejar volúmenes de material similares a los que supone la producción en si misma, es decir se duplica el volumen de material a gestionar, habiendo dos circuitos de materiales.
RESUMEN Las preocupaciones de los stakeholders durante los procesos de las extracciones mineras subterráneas son los continuos deslizamientos o derrumbes durante las labores por la falta de inestabilidad en el sostenimiento que conlleva tener equipos atrapados, retrasos en la extracción de minerales y muertes y/o accidentes del personal minero;. Otra preocupación son las prácticas ambientales de las empresas mineras que preocupa constantemente a los pobladores hacen que impidan el funcionamiento de las empresas mineras en sus comunidades. Estas prácticas arruinan no solo el ambiente por vertimientos de agua contaminada, sino también el paisaje con las relaveras producto de la refinación de minerales, creando una desagradable vista en el paisaje. En la minería subterránea se han planteado diversos métodos de relleno para mejorar la confiabilidad del sostenimiento durante las labores mineras. El mejorar el rendimiento de los recursos de las operaciones es una preocupación constante para el minero, y el uso del desecho de relave en las operaciones se ha hecho cada día más frecuente. En algunas minas subterráneas se usa relleno en pasta para los sistemas de relleno; esta pasta lleva en su mezcla un porcentaje de finos de relave; siendo lo más usado en minas como San Rafael (Minsur), Cerro Lindo (Milpo), Iscaycruz (Glencore) y Pallancata (Hochschild). Su control de calidad es más estricto para poder controlar la granulometría especificada en el diseño de mezcla para cada resistencia. Cuentan con un profesional especializado en este tipo de sistema de relleno para que pueda tener la característica de pasta y alcanzar la resistencia requerida por geomecánica.
1.0 MARCO TEORICO 1.1. Definición El relleno de los tajos impide que la roca se hunda, manteniendo la estabilidad del estrato rocoso y permitiendo una extracción más completa del mineral. Tradicionalmente, el relleno se ha utilizado en operaciones de corte y relleno. Por norma general, los mineros vuelcan los residuos de roca en tajos vacíos en lugar de llevarlos a la superficie. Así, por ejemplo, en las minas con el método de corte y relleno, la roca residual es dejada como relleno. En el sistema de relleno hidráulico se utilizan relaves de la instalación de preparación mecánica de la mina que se distribuyen en el subsuelo a través de barrenos y tubos de plástico. Los relaves primero se desenlodan y sólo se utiliza la fracción gruesa para el relleno. Esto es más veloz que el relleno convencional. Al mezclar el cemento en el último vertido, la superficie del relleno se endurece formando un lecho firme para los equipos de ruedas neumáticas, dando origen al relleno
hidroneumático, el cual es uno de los más efectivos al acelerar el tiempo de relleno y acelerar el ciclo de minado.
2. BACKFILL DE MINAS Algunos métodos de explotación minera (underground mining methods) o simplemente stoping methods tales como: Cut&Fill o variantes como Drift&Fill, Bench&Fill,etc., después de extraer el mineral dejan grandes vacíos que es necesario rellenar con materiales exógenos que permitan estabilizar paredes y servir como piso de trabajo para el arranque y extracción del tajo siguiente. Estos rellenos son conocidos como Backfill, aunque en general, el t érmino se extiende a todo el proceso por el que materiales, habitualmente de desecho (desperdicios metalúrgicos) o agregados previamente preparados, son depositados en la mina. 2.1. ELECCIÓN La elección del tipo de relleno depende de los siguientes parámetros:
La utilización de los materiales que salen de mina provenientes de zonas de acceso (desmonte).
Aprovechamiento de los relaves, producto de los procesos metalúrgicos, disminuyendo de esta manera el impacto ambiental generado.
Dar velocidad al ciclo de minado
Minimizar los accidentes por exposición en zonas de aberturas y estallido de rocas
Reducir costos en la explotación buscando un adecuado sistema de relleno.
Variada granulometría de acuerdo a las necesidades
Los materiales deben de ser de fácil adquisición (costo, disponibilidad y cercanía)
2.1. FUNCIONES
Reducir la presión del terreno
Proteger las labores durante la explotación
Para evitar el hundimiento de la superficie exterior
Para que sirva como plataforma para continuar la perforación y voladura
Para formar un buen techo artificial a fin de continuar con la explotación.
3. IMPORTANCIA DEL RELLENO
Piso de perforación para explotar con el método de corte y relleno
Relleno de tajeos vacíos.
Pared autoestable para explotar tajos secundarios.
Techo seguro para explotar tajeos.
Además un relleno en minería subterránea debe cumplir 2 propósitos básicos: 1. Dar estabilidad a las rocas, evitar el movimiento y caídas de rocas. 2. Proveer una plataforma de trabajo (en algunos métodos de explotación sirve de techo), mientras mejor cumpla esta propósito mejor será el relleno.
Toda cavidad abierta en mina debe ser rellenada para recuperar el equilibrio geomecánico del macizo rocoso.
4. TIPOS DE RELLENO En la industria minera, se utilizan distintos tipos de relleno de acuerdo al tipo de sólido (estéril de mina, gravas, relaves), del contenido de agua, y del contenido de aditivos que se agregan para generar el relleno. Se pueden clasificar en: o
Auto relleno
o
El relleno seco o “Dry fill”
Detrítico Hidráulico o Hidráulico poderosa o o Hidráulico cementado Cementado o En pasta o Relleno compuesto o Pero, cada uno de estos ha sido clasificado de esta manera por los ingenieros y el personal de distintas minas, sin llegar a un consenso general, así que de acuerdo a sus definiciones y características propias, estos se clasifica en 3 grandes grupos de relleno tradicionales, los cuales son: o
1. Relleno Detrítico o Convencional 2. Relleno Hidráulico 3. Relleno Hidroneumático. 4.1. RELLENO DETRÍTICO O CONVENCIONAL Consiste en rellenar el espacio dejado por la extracción del mineral con material estéril de la zona a fin de soportar las presiones de las cajas y servir para el sostenimiento de estas. Según esta definición, los siguientes “tipos” de relleno entran en este grupo. a) AUTO RELLENO
Procedente de la desagregación de los cuerpos. Material inutilizable, desperdicio, es el material que se utiliza para rellenar los espacios vacíos producto de la extracción del mineral económico de las labores y evitar las caídas del techo o cajas y para contar con un piso de trabajo apropiado en las mismas.
Características
Su preparación requiere muchas veces el uso de taladros y explosivos aunque puede ser con la ayuda de rastrillos, palas mecánicas, tractores entre otros. Es netamente ascendente Se realiza cuando no se tiene otro tipo de relleno o cuando las condiciones del tajo lo permitan
Este método se utiliza en:
Vetas angostas Cuando varían desde 0.3 a 0.5 m. Se utiliza el método de circado o extracción selectiva del mineral, reduciendo el costo de procesamiento. Consiste en realizar una primera perforación solo veta a fin de extraer el mineral y luego realizar una segunda perforación y voladura en la caja techo a fin de obtener relleno para el tajo y brindar un ancho de labor adecuado conservado de esta manera la accesibilidad y avance de minado.
Vetas potentes Se utiliza el método hueco de perro la cual consiste realizar una labor de franqueo en el techo del bloque lo cual será en estéril y nos proveerá de caja para el relleno en el mismo sitio, dicha labor no es muy grande y las dimensiones dependen en mucha medida de la dureza del techo y la gran ventaja que se obtiene es que no necesitamos ningún mecanismo para transportar el material ya que se aprovechara la gravedad, esto significa que se va a franquear con una inclinación que permita aprovechar esta ventaja.
b) RELLENO SECO O “DRY FILL” También conocido como “Rock fill”, corresponde a un relleno que no contiene agua, y los
materiales son variados, entre los que destacan: el lastre que produce la actividad minera, grava natural de río, ripios producto del proceso de lixiviación, y escoria producto de procesos pirometalúrgicos. Es bastante económico, ya que no requiere ningún aditivo. Su uso es simple, solo se deposita en las cavidades en donde se necesita. Su objetivo es soportar las paredes de las cajas, además de reducir la cantidad de estéril.
Podemos concluir que los anteriores “tipos” de relleno cumplen con las siguientes
características:
No debe contener agua o material arcilloso para evitar el campaneo.
No debe adherirse a los dispositivos de transporte (control del grado de humedad).
La producción de polvo no debe afectar al ambiente de trabajo (control de humedad).
Su granulometría debe ser tal que no permita los espacios o poros entre los trozos y facilite el “empaquetado” de las cajas.
Debe tener un peso específico tal que permita la compresión del material por su propio peso, esto está relacionado con su coeficiente de comprensibilidad*.
*En material detrítico es el mismo que en términos generales: 0.7. Este coeficiente es mayormente debido a la humedad, granulometría, etc. Este valor de 0.7 significa que en realidad, 1m3 del material de relleno introducido a la labor, luego de asentarse por peso propio, solo ocupara en espacio de 0.7 m3 de dicho espacio inicial.
Obtención del relleno detrítico En el interior mina
De las cajas (hueco de perro).
De tajeos antiguos rellenados.
De labores que se apertura para obtención de este material.
De la superficie.
Escombros de tajo abierto
Material detrítico de faldas de cerro
Ventajas
El material requerido es de fácil adquisición y se encuentra fácilmente en el interior mina o en la superficie.
El costo del material requerido es económico.
El material no requiere pasar por un proceso complejo de selección.
Su aplicación no requiere de conocimientos sofisticados, se puede decir que es un método sencillo.
Desventajas
El proceso de aplicación consume demasiado tiempo del personal
La superficie de trabajo que resulta de este relleno, en la mayoría de casos, no es regular, esto genera mayor dilución del mineral
Su aplicación en grandes espacios vacíos no es viable por lo que es un método principalmente destinado a espacios medios y pequeños (En minas subterráneas es mejor usar gravas de superficie, pero en minas profundas y con gran extensión es muy costosa, por la incidencia de la mano de obra, maquinaria, energía y construcción de labores.)
Por la consistencia del material no es apta su utilización en zonas con gran presencia de agua
Variante En el relleno con rocas cementadas originalmente se echaba una capa de cemento encima del relleno. Hoy en día se echa un lodo de cemento al relleno detrítico antes(o a medida) que el tajeo se va rellenando, dicho cemento es aproximadamente el 2.5 % de los detritus. El ratio óptimo de agua/cemento esta en relación de 0.8: 1, en la practica el contenido de agua puede bajar cuando la roca es húmeda.
Aplicación La Unidad Minera El Cofre se encuentra ubicada en el flanco oriental de la Cordillera Occidental de los Andes, en el distrito de Paratía, Provincia de Lampa, Departamento de Puno. La mina “El Cofre” es un yacimiento polimetálico cuya mineralización ocurre en estructuras
de tipo relleno de fisuras (vetas) con rumbo promedio de N 20° E y buzamiento 65°-75 ° NO con contenido variable de minerales de plomo, plata, zinc y fierro. El método de explotación en la mina “El Cofre”, es el de almacenamiento provisional y en
algunos casos corte y relleno ascendente.
Descripción
Producción Mensual: 10 500 TMS Capacidad instalada de Planta: 350 TMD Método de Minado : Corte Relleno Ascendente Tipo de Relleno : Detrítico – Cantera Superficie Tipo de Ventilación : Natural Equipos: Pala cabo, Winches Eléctricos (25 HP), Palas Cavo, Locomotoras de 5 y 2 toneladas. Total de Trabajadores : 390
4.2 RELLENO HIDRÁULICO GENERALIDADES El relleno hidráulico se aplicó por primera vez el año 1864 en la mina Shenandoah en Pennsylvania, Estados Unidos, como control de la subsidencia, posteriormente se fue mecanizando y optimizando su uso en la explotación en la minería subterránea. En el Perú se aplicó relleno hidráulico en el año 1937 en la mina Lourdes de Cerro de Pasco con la finalidad de controlar incendios, implementándose luego al ciclo de minado.
Es el material solido (relave, arena, material detrítico seleccionado y agua) utilizado para rellenar los espacios dejados por la extracción del mineral. El Relleno Hidráulico es una alternativa para rellenar los tajos explotados por el método de Corte y Relleno ascendente y se introdujo con la finalidad de incrementar la productividad. Los rellenos son transportados como un lodo de alta densidad, a través de perforaciones o tuberías hacia labores subterráneas. El relleno hidráulico es preparado con los relaves espesados, en donde el tamaño máximo de partícula es 1 [mm] y el contenido de las partículas finas menores a 10 [µm] no debe ser mayor a un 10% de la masa total del relave. Este relleno requiere un porcentaje de sólidos en peso máximo igual a 70%. Al igual que el relleno seco, es relativamente económico, sin embargo, es necesario tener cuidado al momento de depositarlo, ya que pueden existir problemas de seguridad por su alto contenido de agua, esto con respecto a la permeabilidad, drenaje, licuefacción, etc.
PULPA Se define como pulpa a la mezcla constituida por una fase sólida y una líquida, donde la fase líquida transporta a la sólida en suspensión.
PULPA HOMOGÉNEA: Este tipo de pulpa se comporta como un fluido plástico de Binghan, es decir que las propiedades del agua se afectan por la presencia de los sólidos, por ejemplo las arcillas. PULPA HETEROGÉNEA: Los relaves, arenas, concentrados de minerales se comportan como mezclas, ya que el líquido y los sólidos se comportan independientemente, denominándose al conjunto sólido-líquido, mezcla o pulpa heterogénea.
CARACTERÍSTICAS
Este tipo de transporte es por gravedad o con el auxilio de bombas
El transporte hidráulico por tuberías es económico, veloz y eficiente que cualquier otro medio
En el tajo, este relleno en forma de pulpa tiende a buscar su nivel, no siendo necesario el auxilio manual o mecánico
La arena o material de relave que junto a una cantidad de agua se comporte como una pulpa debe de ser de fácil manejo a través de cañerías y ductos de vaciado.
El tamaño máximo y su volumen de material grueso que puede ser transportado deben, como mínimo, sobrepasar la velocidad crítica de transporte. (Partículas de mayor tamaño son difíciles de mantener en suspensión aun cuando se transporte a velocidades sobre la crítica)
El tamaño mínimo y su volumen deben permitir un drenaje adecuado o percolación (También las partículas de mayor tamaño aumentan el desgaste de los ductos de transporte exponencialmente)
No debe reaccionar con el agua a fin de evitar soluciones acidas.
APLICACIONES
Controlar y prevenir incendios en minas
Estabilizar el macizo rocoso en las minas, reduciendo la posibilidad de estallidos de roca
Evitar o minimizar la subsidencia
Proveer una plataforma de trabajo
Evitar el movimiento y caída de rocas
Facilitar la recuperación de pilares
UTILIZACIÓN
Se utiliza en corte y relleno convencional
En algunos casos se utiliza equipos de drenaje especial para acelerar el proceso de percolación, el cual resulta ser la etapa crítica del proceso productivo
Se debe cuidar el evitar la remoción de la porción fina del material producto del drenaje rápido de agua
La velocidad de transporte de la pulpa debería estar en el rango de 1.3 -1.7 m/s
REQUISITOS
Se utiliza el relave desechado por la planta concentradora para ciclonear a fin de pasar las arenillas del relave
El material solido no debe reaccionar en ninguna forma con el agua.
El tamaño de las partículas debe ser tal que se puede transportar en tuberías.
VENTAJAS
El material requerido es de fácil adquisición
El costo del material requerido es económico
El material no requiere pasar por un complejo proceso de selección
Su aplicación no requiere de conocimientos sofisticados, se puede decir que es un método sencillo
DESVENTAJAS
El proceso de aplicación consume demasiado tiempo del personal
La superficie de trabajo que resulta de la aplicación de este relleno en la mayoría de los casos no es regular, esto genera mayor dilución del mineral
Su aplicación en grandes espacios no es viable por lo que es un método destinado principalmente a espacios medios a bajos
Por la consistencia del material, no es apta su utilización en zonas con gran presencia de agua
Cuando el relleno empleado solo es relave y parcialmente rellenado, la oxidación eleva la temperatura y produce el desprendimiento del SO (anhídrido sulfhídrico).
5. ETAPAS DE LA APLICACIÓN DEL RELLENO HIDRÁULICO PRIMERA FASE Es la preparación granulométrica del material de relleno. El flujo de colas proveniente de la planta concentradora, se recepciona en los hidrociclones de la planta de relleno hidráulico, donde se clasifica el material granulométricamente. El material grueso (under-flow) es almacenado en el tanque o en el muro, mientras que los finos (overflow) se almacenan en la cancha de relaves.
SEGUNDA FASE Transporte de materiales de relleno a los depósitos de almacenamiento secundario. TERCERA FASE Rellenado de los tajeos. La mezcla de relave con agua es transportada desde los tanques de almacenamiento a los tajeos por medio de tuberías de acuerdo a la necesidad.
ASPECTO FINAL DEL RELLENO HIDRAULICO
5.1. HIDRÁULICO PODEROSA Empresa aurífera subterránea de mediana minería ubicada en el distrito y provincia de Pataz, a casi 320 Km de la ciudad de Trujillo, a una altura que va entre los 1,250 y 3,000 m.s.n.m. en la región La Libertad, Perú. Este relleno tiene un cierto grado de diferencia en el uso de su relleno hidráulico, cuya característica es que utiliza como agregados parte del desmonte producto de las labores de avance o en algunos casos este es proveniente de canteras de arena, disminuyendo el impacto ambiental generado por los grandes volúmenes que ocupan los desmontes en la superficie.
6. RELLENO HIDRONEUMATICO Consiste en introducir a los espacios dejados por la explotación de una mezcla de arena, cemento y agua, impulsados por el aire comprimido a través de tuberías. Se incorpora cemento en la pulpa de modo de mejorar sus condiciones de resistencia y aumentar la cohesión del relleno. Los métodos mineros que utilizan este tipo de rellenos buscan principalmente tres objetivos: o o
o
Aumentar recuperación minera Mejorar la estabilidad geomecánica de la mina (mayor seguridad para las personas durante la explotación de la mina) Disminuir el impacto ambiental que genera la depositación perpetua de grandes volúmenes de agregados.
Otro objetivo que últimamente está siendo relevante es evitar la ocurrencia de subsidencia, debido a que algunos yacimientos se encuentran debajo o próximos a poblaciones, glaciares, o a la misma infraestructura de la mina. Estos rellenos se utilizan tanto en la minería no metálica, como en la metálica. En la minería no metálica se emplea generalmente en las minas de carbón, debido a la mala calidad de la roca caja de estos yacimientos. En la minería metálica el relleno se usa principalmente en yacimientos de oro y plata, y en yacimientos polimetálicos con el objetivo principal de incrementar la extracción de reservas. El relleno hidroneumático surgió en la búsqueda de reducir los costos de explotación causados por el gran uso de madera, además esto no permitía la mecanización de las labores, junto a ellos está el tema de seguridad. Se utiliza cuando se requiere almacenamiento de roca residual y los espacios vacíos en exceso necesitan llenado. Los relaves mezclados con cemento se pueden verter sobre la roca residual para llenar y unir los huecos. Esto es útil cuando se requieren volúmenes bajos de suspensión de cemento (implicaciones de costo) para unir el relleno.
Según esta definición, los siguientes “tipos” de relleno entran en este grupo.
Hidráulico cementado Es una mezcla entre relave, agua y cemento. Se comporta como un fluido y por lo tanto es una sustancia capaz de resistir fuerzas o esfuerzos de corte sin desplazarse. El relleno hidráulico cementado o “Cemented hydraulic fill” es una variante del relleno
hidráulico, al cual se le agrega cemento PORTLAND TIPO 1. Esto permite mejoras en la resistencia a la compresión del relleno, lo cual es importante cuando la cavidad rellenada se utiliza como pilar o base de un nivel de explotación.
La ventaja con respecto a los costos que tenía el método anterior se pierde al usar cemento. La mezcla es transportada por gravedad a través de tuberías (si las condiciones lo permiten) y para vencer las pérdidas de carga hace falta una presión que es suministrada por una bomba. 6.1. CONDICIONES PARA SU APLICACIÓN
Se usa en labores donde las rocas encajonantes no son buenas y hay peligro constante por sostenimiento tradicional. El material debe ser arena con alto contenido de óxido de calcio y bajo de sílice como máximo 6 % para reducir el desgasto de abrasividad por las tuberías y equipos, además ayudaría al fraguado, el contenido de arcilla debe ser mínimo para tener un concreto de mayor resistencia y también no causar problemas en el bombeo por sus propiedades (barroso).
La resistencia a la compresión uniaxial y lateral: La loza que se forma con el relleno debe tener la suficiente resistencia a la compresión y flexión para que pueda soportar su propio peso, el del relleno con mezcla pobre y las presiones laterales. La resistencia de la loza varía con el tiempo y se debe lograr una resistencia que pueda soportar el peso sobre ella en el menor tiempo para no retardar el ciclo de minado.
Los componentes finos de la arena tienden a reducir considerablemente las pérdidas por fricción y los desgastes de la tubería, también facilitan su transporte con el consiguiente ahorro de aire comprimido; por otro lado las partículas muy finas son acarreadas por el agua que drena a los tajaos a las galerías causando así problemas en estos lugares.
El alto porcentaje de gruesos causa problemas en el bombeo por los atoros, además hay un mayor desgaste en las tuberías, pero la ventaja de estos es que obtienen lozas de mayor resistencia, por lo tanto se recomienda que haya una degradación en el tamaño de las partículas, como máximo un 10% de la arena debe tener tamaño más pequeño
Se debe contar con el presupuesto necesario para la adquisición constante del material del relleno ya que su falta significaría detener el ciclo de producción. Además de contar con la planta procesadora y las instalaciones requeridas para su transporte (bombas, tuberías, balanzas, fajas transportadoras, tolva de recepción de materiales, tolvas, mezcladoras, caseta de control, etc.)
6.2. CICLO DE RELLENO 1. Preparación de agregados (gravas y arenas) en la planta de agregados 2. Dosificación y preparación de mezcla en la planta de concreto 3. Transporte y colocación en la zona de tajeos.
Mezclas 1. Mezcla 1:3
Es usado para el relleno de las labores en preparación (sill) o en albores del método de minado corte y relleno descendente. Los cuales servirán de techo en la posterior explotación. También es empleado para algunos trabajos especiales como derrumbes, chimeneas, contornos de echaderos y recuperación de galerías. 2. Mezcla 1:25
Relleno de los paneles adyacentes cuando se tienen pilares de mineral por explotar, generalmente del piso 3 hacia la parte superior del bloque.
6.3. CEMENTOS UTILIZADOS:
Cemento Andino-Portland Tipo I: Brinda la más alta resistencia y durabilidad a largo plazo
Cemento Sol-Portland Tipo I: Es el líder del mercado por ser el de mayor antigüedad, siendo la marca más confiable y conocida
Cemento Andino-Portland Tipo IP e IPM: Cemento hidráulico que contiene puzolana, cuyo principal es la resistencia al salitre.
Cemento Andino- Tipo V: Cemento especializado de alta calidad, utilizado especialmente en obras donde se requiera concreto de alta resistencia al ataque de sulfatos.
Cemento Atlas-Portland Tipo IP: Cemento puzolánico. Entre sus características están la reducción de la fisuración en el secado y la producción de un concreto
impermeable, que mejora notablemente el almacenamiento de líquidos en los tanques de concreto.
Cemento puzolánico Este tipo de cemento es de mayor resistencia a los agentes químicos, se caracteriza por desarrollar menos calor al fraguar, tener menor dilatación y ser más impermeable que el Cemento Portland, disminuyendo la exhudación y segregación. Su nombre deriva de la puzolana, una fina ceniza volcánica de la región del Lazio y la Campania, cuyo nombre se debe a la localidad de Pozzuoli, cercana a Nápoles, situada en las faldas del Vesubio. Posteriormente se ha generalizado el nombre para los cementos con cenizas volcánicas de otros lugares. Cuando la puzolana se mezcla con cal (en la relación de 2 a 1) se comporta como el cemento puzolánico, y permite la preparación de una buena mezcla en grado de fraguar incluso bajo agua.
Ventajas •
El transporte por tuberías es veloz y económico, alivia el problema de almacenamiento de los relaves en la canchas.
•
Los tajeos son rellenados del 100%.
•
Es muy efectivo para combatir incendios.
•
Sirve para mitigar polvos, gases y el sostenimiento de las excavaciones.
•
Permite el relleno total de labores y galerías abandonadas.
•
La carga estática convierte en energía potencial permitiendo trasportar el relleno horizontalmente con la energía ganada en la caída vertical.
•
La mezcla es enviada a la mina, reúne las condiciones de coeficientes de uniformidad y por ello es eficiente.
Desventajas •
Ofrece peligro cuando las barreras no están bien preparadas.
•
Requiere tener las cunetas en óptimas condiciones, ya que el promedio de agua enviada por el relleno hidráulico cementado es de 75 gl/min.
•
Los finos que filtran del relleno de las labores, crean problemas de transporte por las galerías y rampas con la consiguiente obstrucción de las cunetas.
•
Cuando el relleno empleado solo es relave y parcialmente rellenado, la oxidación en esto se eleva la temperatura y produce el desprendimiento del SO (anhídrido sulfhídrico).
•
La velocidad de sedimentación de una partícula de relave debe considerarse entre límites, máximos o mínimos para evitar asentamiento dentro de las tuberías.
•
El relleno se realiza por medio de instalaciones centrales que requieren mucho espacio y que son estables, siendo menos flexibles.
•
El consumo de cemento representa una importante parte del costo total de minado.
•
El desgaste de los tubos y sus accesorios es mayor.
•
Tiene limitaciones para rellenar labores que se encuentran en niveles superiores a la tubería base.
7. VARIANTE 7.1. RELLENO EN PASTA Se define como una masa pastosa capaz de ser bombeada y transportada a través de tuberías. También es una mezcla homogénea que no se segrega y cumple los requerimientos de resistencia para la que fue diseñada. Tiene por finalidad reducir el contenido de agua en el relave. El relleno en pasta corresponde a una unión entre relaves y mezclas de cemento con otros agregados, a los cuales se les añade agua para lograr una consistencia similar al lodo. Debe existir una cantidad suficiente de finos (< 20 [µm]) en los relaves para que tenga un comportamiento de pasta. Sus propiedades son las mismas que un relleno hidráulico cementado, pero en este caso se debe considerar la reología de pastas (Parte de la física que estudia la viscosidad, la plasticidad, la elasticidad y el derrame de la materia), es decir, se incorpora para el análisis de su transporte el comportamiento propio de las pastas. El relleno de pasta es similar a la deposición de pasta de superficie. Los relaves se deshidratan a generalmente> 65% de sólidos (en peso) y se bombean al subsuelo, generalmente por bombas de desplazamiento positivo. La pasta tiene un aspecto homogéneo y cuando la pasta se deposita bajo tierra hay poco o ningún sangrado del agua contenida.
Características
La resistencia. La fluidez del material. La densidad de pasta. La viscosidad de la pasta. La bombeabilidad de la pasta. Parámetros para reducción el cemento.
Componentes
Relaves
Requisitos necesarios del relave para formar la pasta
Relave con un contenido del 15% de partículas que pasan la malla 0.625mm Relave libre de impurezas orgánicas Adecuada velocidad de sedimentación Granulometría continúa
Cemento
Agregados
Aditivos
Floculante:
Químico que le da al relave la condición de pasta haciendo que las partículas sean cohesivas y le da la condición de fluidez.
*AGLUTINANTES Los aglutinantes ayudan a prevenir la contaminación de las aguas subterráneas, ya que el relleno experimenta cambios químicos y físicos característicos. Para los relaves piríticos, el cemento reducirá la oxidación y la generación de ácido del relleno, lo que resultará en una movilización reducida de los metales. Esto es particularmente útil si un vacío subterráneo está por debajo de la capa freática, ya que al cesar el bombeo el relleno cementado estará en contacto directo con las aguas subterráneas. Se evitan problemas con la migración de relleno, licuefacción y depresión.
Ejm: SikaCem, un aditivo en polvo para mejorar las características en los concretos y morteros en estado fresco y endurecido.
Condiciones
Granulometría
Es importante debido a la cantidad de extrafinos que pueda tener la mezcla, lo que altera significantemente la resistencia del relleno en pasta
Contenido de agua/porcentaje de sólidos
La cantidad de agua libre en la masa del relleno tiene una fuerte influencia sobre la resistencia del relleno.
Slump
A fin de garantizar una calidad de la pasta, se trabaja con un Slump de 10” a 8”, lo cual nos
garantiza la calidad del a pasta que llega al interior de la mina; esto nos permite ir mejorando la resistencia con el mismo contenido de cemento.
VENTAJAS DE ESTE MÉTODO
Los relaves se almacenan bajo tierra y evitan así la perturbación de la superficie. Esto es más respetuoso con el medio ambiente, ya que las áreas de tierra no tienen que ser usadas para un área de almacenamiento de relaves superficiales.
Los pilares y soportes ricos en minerales se pueden extraer
El relleno sirve como sostenimiento a la mina.
El relleno reduce el riesgo de explosiones de rocas, ya que las presiones no se enfocan en pilares y soportes
Mejora el circuito de ventilación en la mina
Evita que las caídas del techo exploten
Los aglutinantes ayudan a minimizar la contaminación del agua subterránea.
Se pueden reducir las tasas de oxidación de los relaves piríticos.
Aumento de la recuperación de agua de los relaves antes del almacenamiento en comparación con la eliminación convencional (la mayoría de los casos).
DESVENTAJAS DE ESTE MÉTODO
Costes elevados, sobre todo si se utilizan aglutinantes Normalmente se requieren bombas de desplazamiento positivo costosas para la descarga de relaves de alta densidad (algunos fabricantes tienen plazos de entrega altos). Retenciones en estrategias de extracción y desarrollo minero.
Riesgos de licuefacción de los relaves si los niveles de saturación son altos y un gatillo (vibración sísmica) está presente. Las paredes de la barricada se requieren generalmente, particularmente en métodos de detención subterráneos.
Manejo adicional de mano de obra y equipo (operación de una planta independiente requerida)
Dilución de mineral deficiente en la colocación del relleno o en la gestión de la extracción.
Si se utilizan aglutinantes, las tuberías deberán ser reemplazadas constantemente.
Gasto en la adquisición de bombas que puedan transportar el relleno.
8. RELLENO COMPUESTO Los rellenos compuestos o “Composite fills” hacen referencia a la combinación de los
distintos tipos de rellenos mencionados previamente, en donde lo que se busca es aprovechar las ventajas que cada uno posee, ya sean económicas, de transporte o resistencia. Los compuestos más utilizados son tres: una combinación entre relleno hidráulico y seco, otra con relleno hidráulico cementado con relleno seco, y por último, relleno hidroneumático con relleno seco. En estos tres casos los rellenos que contienen agua se emplean para sellar los niveles de transporte o perforación, y el relleno seco se aprovecha para completar la cavidad.
PROPIEDAD
RELLENO DE ROCA
Si y no Baja
RELLENO HIDRAULICO 60-73% sólido Sondajes, cañerías a través de gravedad Si y no Alta
ESTADO SISTEMA DE TRANSPORTE CEMENTO RAZON AGUA/CEMENTO VELOCIDAD DE DEPOSITACION SEGREGACION
Seco Chimenea, equipo
100-400 ton/h
100-200 ton/h
En la pila se produce reduciendo su resistencia y rigidez
Se produce segregación lo cual induce baja resistencia
RELLENO HIDRONEUMATICO 65-85% sólido Sondajes, cañerías a través de gravedad Si Baja dependiendo de las especificaciones 50-200 ton/h No existe segregación
RIGIDEZ
Alta si se instala adecuadamente
Baja
CONTACTO CON LAS PAREDES
Difícil
No se puede
Baja a alta dependiendo de la composición Fácil para ajustar a paredes
CONCLUSIONES El relleno cumple un rol de sostenimiento en las minas entre otros.
Existen 3 tipos de rellenos que se diferencian por su composición.
El papel de la geomecánica en el relleno es diseñar la mejor combinación de materiales para obtener mejores propiedades y ahorro de costos en el relleno.
El diseño de relleno depende fundamentalmente del trabajo en campo y laboratorio.
Los diferentes tipos de relleno tienen mucha importancia en las diferentes minas, cada uno con sus características respectivas dependiendo de la geomecánica de la roca que se presente.
Cada tipo de relleno utiliza una tecnología de última generación que nos brinda una mayor eficiencia en los trabajos de relleno, minimiza el uso de equipos en la operación y reduce costos operativos.
Los problemas asociados con la generación de polvo, el impacto visual, la contaminación de los cursos de agua de superficie y los riesgos de inundación asociados con la falla de la instalación de relaves se pueden mitigar mediante el relleno
Es necesario seguir investigando nuevos tipos de relleno en minería, bajo las diferentes condiciones que puedan presentarse en las labores he ahí el reto de los ingenieros.
