RELLENO EN PASTA EN LA MINERA PERUANA. Ricardo Salas MSc. P. Eng.
1.- INTRODUCCION
El Relleno en pasta se srcino con la necesidad de ahorrar energía, disminuir costos de producción y contribuir a mejorar las condiciones ecológicas en las minas. Su aplicación en minería ha venido incrementándose por diferentes requerimientos operacionales y de seguridad, y por la necesidad de eliminar los depósitos de relaves en superficie para preservar el medio ambiente. El rango de aplicación del relleno en pasta es entre 68-92% de concentración en peso, dependiendo de la gravedad especifica del material que compone el relleno. Con el uso del relleno en pasta se tiene la posibilidad de utilizar el relave de granulometría muy fina, que usualmente es desechado en el relleno hidráulico . Este material fino es ( conjuntamente con el agua ) el medio de transporte y es imprescindible para la formación de la pasta bombeable. El relleno en pasta , a diferencia del relleno Hidráulico que es ampliamente conocido y usado en la minería peruana, ofrece las siguientes ventajas: -
Incremento del volumen de relave usado en el relleno. Protección y conservación del medio ambiente al reducir o eliminar los depósitos de relave en superficie. Disminución de los volúmenes de drenaje al reducir el ingreso de agua en la mina. Estas ventajas, entre otras, han contribuido a que el Relleno en pasta, sea en la actualidad para muchas operaciones mineras al mejor alternativa técnico- economía.
2.- SISTEMAS DE RELLENO EN PASTA:
Con la aparición del relleno en pasta se han ido desarrollando las siguientes variantes básicas. -- Relleno Relleno en en Pasta Pasta con con uso uso de exclusivo de de plantas concentradoras.(fig 1) materialdederelaves canchas relaves ( fig.2). - Relleno en Pasta con uso de relaves y agregando grueso con o sin cemento.
Fig 1
Fig 2 -Relleno en Pasta con uso de concreto pobre o estructural. (fig 3)
Fig 3 3.- CONDICIONES DEL RELLENO EN PASTA:
En el relleno en Pasta se considera el transporte de pulpas de mas de un 68% de concentración en peso pudiendo llegar hasta un 92%
El medio de transporte en un fluido acuoso es una matriz de partículas menores de 37 micras, estas partículas extrafinas, que no sedimentan, son las que están en contacto. En esta matriz se podrán transportar partículas de hasta 50 mm y bajo condiciones especiales hasta 100mm . La condición mínima indispensable para que una pulpa sea bombeable es que contenga por lo menos 15% de material menor de 37 micras, aproximadamente 20% de material entre malla 200-400 , aproximadamente 35% de material entre malla 48-200, pudiendo ser el tamaño del material restante hasta de 100 mm dependiendo del diámetro de los cilindros de transporte de la bomba que se use. 4.- ALCANCES DEL RELLENO EN PASTA:
El uso del Sistema de Relleno en Pasta permite: -
Transportar pulpas con concentraciones en peso de hasta 92% dependiendo de la gravedad especifica del material. Llegar a distancias de transporte superiores a los 5000 m y desniveles verticales positivos superiores a los 500 m Usar bombas de relleno en pasta, capaces de desarrollar presiones sobre el medio bombeado de hasta 200 bar. Por lo general se prefiere trabajar con presiones entre 70 y 130 bar (fig. 4).
Fig 4 -
La posibilidad de utilizar como relleno todo el relave producido , incluyendo los relaves con una granulometría menor a 37 micras ( malla 400).
5.- VENTAJAS DEL RELLENO EN PASTA: 5.1- EN MINAS.- Posibilidad de incrementar el volumen de relleno en áreas activas de
producción , al utilizar hasta aproximadamente un 85 % del relave producido en la planta concentradora. - Eliminación de problemas de escapes de finos por las barreras de lo tajeos .Estos escapes ocasionan actualmente acumulación de lamas en caminos y galerías perjudicando la extracción de mineral y deteriorando las condiciones de seguridad. - En los métodos de explotación que usan rellenos cementados como techos ( corte y relleno Descendente) o pilares ( corte y relleno ascendente con pilares dinámicos y tajeos abiertos ), el ahorro de cemento es superior al 50% ya que la mezcla utilizada tiene menor contenido de agua que en el relleno hidráulico o hidroneumático ( fig. 5).
Fig 5
- Con la utilización del relleno en Pasta ha sido posible desminuir el alto consumo de cemento que utilizaba en el método de corte y relleno descendente haciéndolo de esta manera económicamente rentable. -Utilización de una mayor cantidad de finos que el permitido en rellenos hidráulicos. En Relleno en Pasta no se presentan problemas de precolación por tener pulpa un porcentaje de partículas que no sedimentan, secándose el relleno por decantación y/o por el uso de algún agente aglomerante (cemento, cal o algún producto químico) que se utiliza en función de las necesidad que seque el relleno rápidamente (2 a 3 horas) -Usando cemento o cal en pequeñas cantidades ( 5-10 Kg./m 3) se puede utilizar hasta el 100% del relave producido. -Mejorar las condiciones de estabilidad en la mina al utilizar menos del 20% de agua que la que se utiliza en el Relleno Hidráulico o Hidroneumático. - Disminuir los costos de drenaje de minas al tenerse menos del 20 % de agua que se tiene con un Relleno Hidráulico e hidroneumático. 5.2.- EN CONCENTRADORAS:
- Menores costos de energía por bombear menor volumen de agua. El relleno en Pasta solo contiene de 15-20% de agua contra 50-70 % de agua que contiene el Relleno Hidráulico. - Menor desgaste por abrasión de instalaciones y equipos debido a que la velocidad de transporte es menor ( aprox. 1m/seg.). En el Relleno Hidráulico la velocidad de transporte suele ser mayor de 4 m/ seg. Para evitar la sedimentación de las partículas. -
Menores costos de mantenimiento de bombas , tuberías y materiales de las instalaciones como consecuencia de : -
Mayor disponibilidad de los equipos.
-
Menor desgaste de tuberías y accesorios
-
Menor consumo de piezas de desgaste. Menor costo de mano de obra.
-
Menores dimensiones en las canchas de relave requeridas. Existe además la posibilidad de eliminarlas totalmente si se utiliza el 100% del relave en el relleno de mina. Con el Relleno en pasta generalmente se utiliza alrededor del 85% del relave producido en el relleno de mina enviándose a la cancha de relaves solo el 15% ( fig 6 ).
Fig 6 -
Posibilidad de evitar atoros en tuberías debido a cortes de energía eléctrica en los equipos de bombeo. La presencia de partículas menores a 37 micras y la estructura granulométrica de la pasta evitan la sedimentación, por lo que es posible mantener en la tubería la pasta sin movimiento por lapsos de tiempo prolongados ( 3-10 horas) pudiéndose incrementar estos con el uso de medidas adecuadas.
-
Factibilidad de utilizar el relave de los depósitos de relaves como relleno de mina , sin necesidad de repulpar el relave a niveles de transporte hidráulico ( fig. 7).
Fig 7
-
Posibilidad de depositar el relave excedente, en superficie en forma de pasta, no siendo
necesario depósitos de relaves con una gran
superficie para el espejo de agua, con el uso de cal en baja (0.5 kg/m3) proporción se puede consolidar rápidamente de ser necesario. -
Posibilidad de utilizar en relleno de mina solo la fracción fin del relave grueso que no presenta problemas de almacenamiento.
6.-DESVENTAJAS DEL RELLENO EN PASTA:
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Necesidad de contar con equipos adicionales a los usados en los procesos actuales, para densificar o elevar concentración de los relaves y para bombearlos .
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Necesidad que la pasta cumpla una estructura granulométrica adecuada.
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Necesidad imprescindible que la pasta tenga por lo menos 15% del relave, menor a malla 400.
-
Es evidente que las posibles desventajas enumeradas son ampliamente superadas por todas las ventajas que el sistema de Relleno en Pasta ofrece.
7.- JUSTIFICACION:
En caso de la minería peruana se considera de suma importancia el uso de esta tecnología por cuanto además de generar ahorros por consumo de engría , podría generar ahorros en : -Menor consumo de cemento en el relleno de mina al tener una mezcla con menor cantidad de agua. -Mejores condiciones de estabilidad en las minas por tener un relleno con menor cantidad de agua -Posibilidad de usar hasta el 100% de relave producido en plantas concentradoras en el relleno. Evitando o desminuyendo costos de disposición de relaves y contribuyendo a un mejor control ecológico del medio ambiente. - Menores costos de relleno. - Menores costos de drenaje , al disminuirse la cantidad de agua que ingresa a la mina con relleno. - Alto rendimiento de relleno pudiéndose trabajar hasta 200 m3/hora. Por lo tanto se puede tener ciclos mas cortos en el minado, aumentándose la productividad.
Otras aplicaciones del sistema son:
- Factibilidad de transportar mineral y concentrados a grandes distancias por tubería, sin tener problemas de oxidación o degradación. Problema generado al tener gran cantidad de agua en la pulpa durante un lapso largo de tiempo (fig 8).
(fig 8) -Posibilidad de realizar la extracción vertical del mineral de mina mediante tuberías como pulpa de alta concentración, reemplazando los sistemas de extracción por izaje de skips. -Depositar el relave en pasta en los depósitos de relaves que serían de solo 10% a 15% de tamaño, necesitando menor infraestructura e inversión.(fig 9)
Fig 9 -Los depósitos de relaves serian seguros, de menor tamaño y no se tendrían los problemas de contaminación por posibles fugas por colapso de diques, evitando de esta forma la contaminación al medio ambiente.
8.- CASOS DE IMPLEMENTACION DEL SISTEMA.
8.1.- MINA ¨A¨
Relleno de mina: Parte del estudio de relleno cementado para la mina ´´A´´. es determinar el sistema de transporte de relleno que satisfaga los siguientes requerimientos : -
Por las condiciones geotécnicas de la mina, el relleno debe ser tipo de
-
relleno cementado. Por condición geotécnica el relleno debe contener el mínimo porcentaje de agua para no afectar la estabilidad de las cajas.
-
Se debe utilizar la menor cantidad de cemento , sin desminuir la resistencia final del relleno.
-
La velocidad de fraguado del relleno cementado debe ser de alta para que permita el inmediato acceso a los tejeos.
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El transporte de relleno no debe entorpecer los ciclos de extracción ni el transporte de mineral.
-
El sistema deberá ser flexible, debiendo existir la posibilidad de utilizar diferentes proporciones de cemento en la mezcla.
-
El sistema debe tener un bajo costo de operación.
Un análisis técnico – económico de los diferentes sistemas de relleno (hidráulico, hidroneumático, rollcrete ,otros) concluye que el sistema mas conveniente es el Relleno en pasta con la siguiente dosificación:
-Relave
(malla 400-10 micras) (malla 48- malla 400)
30% 15%
- Agregado fino
(2mm-malla 48)
15%
-Agregado grueso (20mm-2mm)
40%
Con un contenido de cemento entre 20-40 Kg./ m3 y una concentración en peso entre 80-85% se pueden lograr resistencias a la compresión superiores a 30 Kg./cm2, satisfaciendo los requerimientos del método de minado.
8.2.- MINA ¨B ¨
Relleno de Mina: Se podrá utilizar el 100% del relave producido por la planta concentradora ( que contiene aproximadamente 40% menos Malla 400), mezclándolo con cemento en una proporción de 5 Kg./m3 o con cal 10 Kg./m3, para lo cual al relave de concentradora se densificara a una concentración en peso entre 80- 85 % y se prevee volúmenes hasta 100 m3/h.
El relave se transportaría usando bombas de pastas por una tubería de 200 mm. de diámetro a distancias entre 2000-5000m, los desniveles son de hasta 500 m positivos . En el tramo final ( 200.500m) se le agregaría cemento o cal para acelerar el secado del relleno haciendo usos de un mezclador continuo y una segunda bomba de pastyas para llevar el relleno a los tajeos. De esta forma se reducirá sensiblemente el costo del relleno de varias partes de la mina en las que actualmente se utiliza relleno detrítico o convencional a un costo sumamente alto debido a la utilización de gran cantidad de equipo de movimiento de tierra. Adicionalmente se eliminara la contaminación ambiental, ya que actualmente la fracción fina de la clasificación de relaves para el relleno hidráulico se vierte al frió Mantaro. Se ha estimado una reducción de costos superior al 20% Inversión: US$ 4, 000,000 aprox. -Relleno convencional zona I
= $ 1´404,000
$ 1,3/TCS.90,000.12 -Costo operación bombas
= $ (210,000)
$ 0,5/m3. 35,000.12 -
Cemento 5 Kg./m3.$120/ tm: 1000. 35,000. 12
=$ (252,000)
AHORRO TATAL / AÑO
=$ 942,000
+ el benéfico ecológico por no contaminar el rió Mantaro
8.3.- MINA ¨C¨
Relleno de Mina y disposición de Relaves: Actualmente los costos de mantenimiento de bombas para relleno hidráulico y para disposición de relaves en el deposito de chinchan superan
los 2 $/m3 de relave transportado , debido al alto grado de abrasión del material (mas de 70% del relave es sílice). Al elevar la concentración en peso del relave a mas de 78%(Cw), y transportarlo con bombas de pastas a baja velocidad, va a permitir un ahorro sustancial en mantenimiento debido al menor desgaste por abrasión de piezas de bombas y de la línea de tubería. Además se podrá usar todo el relave para relleno pudiendo rellenarse inclusive las áreas antiguas y abandonadas . De esta forma se podrán disminuir las altas concentraciones de esfuerzos que existen en algunas áreas de la mina , que resultan de la gran cantidad de tajeos vacíos existentes , y así evitar los estallidos de roca. - Inversión : $ 2´000,000 aproximada. - Costos de mantenimiento: (3.8-1.8)$/m3. 25, 000, m3.12
= $ 600,000/ano
- disminución por deposito de relaves: 3.5 $/ m3. 12,000m3.12
= $ 504,000/ano
AHORRO TOTAL/ ANO:
= $ 1´104,000/ano.
