DISEÑO Y OPERACIÓN DE STOCKPILES EN OPERACIONES MINERAS
Francisco Cabrejos Jenike and Johanson Chile S.A.
INTRODUCCIÓN A modo de ejemplo, en Chile actualmente actualmente más de un un millón de toneladas de minerales son explotadas, chancadas, clasificadas y transportadas cada día del año para producir cerca de un tercio del abastecimiento mundial de cobre fino. La escala de estas operaciones mineras es enorme, como también lo son sus costos asociados. Para producir cobre a partir de minerales con leyes desde 0.6 hasta 1.5%, el correcto diseño de los sistemas de manejo y almacenamiento de materiales a granel es de vital importancia.
El acopio de minerales a granel en pilas (o stockpiles) provee una forma muy económica y segura de almacenamiento para grandes cantidades de minerales chancados ya sea gruesos y/o finos. La capacidad de almacenamiento puede alcanzar hasta varios cientos de miles de toneladas, como por ejemplo en algunas plantas de la gran minería.
Minerales de diferente tamaño y granulometría se pueden almacenar en stockpiles. Por ejemplo, minerales sulfurados gruesos, de hasta 10” y 12” (-300 mm) provenientes del chancado primario, y que luego se alimentan a clasificadores, harneros (cribas), chancadores secundarios y/o molinos SAG. Por otro lado, minerales oxidados finos, bajo bajo 3/8” y 1/2” (-12 mm) alimentan a tambores de aglomeración para luego ser apilados y lixiviados.
El principal objetivo de los stockpiles es proveer una capacidad pulmón entre la mina y la planta de chancado, y asegurar un flujo de alimentación continuo, uniforme y controlado a los equipos aguas-abajo. En algunos casos, como en
nuestra Cordillera de Los Andes, debido a la gran altitud y/o condiciones climáticas extremas, la mina opera sólo durante el día mientras que la planta, ubicada a menor altitud opera en forma continua las 24 horas del día.
Los stockpiles se pueden formar con equipo móvil (cargadores frontales) o mediante correas transportadoras elevadas como apiladores, ‘shuttles’ o ‘trippers’. La extracción del mineral almacenado se puede lograr desde la superficie de la pila mediante roto-palas o ‘scrapers’, o por gravedad a través de varios alimentadores o descargas ubicadas en un túnel bajo la misma pila.
Uno de los métodos más usados en la extracción del mineral almacenado en un stockpile es mediante varios alimentadores o descargas ubicados en uno o más túneles de hormigón bajo la pila, y que descargan sobre una correa transportadora común. El número, tipo, y ubicación de estos alimentadores, ya sea en línea o en forma perpendicular a esta correa, dependerá en gran medida del tipo de stockpile, de la capacidad total y viva requerida, del flujo de material requerido, de las propiedades de flujo del mineral manejado, y de la tendencia a segregarse del material.
Stockpiles pueden ser parcial o completamente cubiertos, o bien abiertos a la intemperie, dependiendo de las condiciones climáticas imperantes en el lugar, y considerando el impacto ambiental que pudiera ocasionar la generación de polvo. El problema de congelamiento es importante de considerar sólo en aquellos lugares donde nieva, o cuando la temperatura baja a 0 C ó menos por °
períodos prolongados.
Aunque la tecnología para el diseño óptimo y eficiente de stockpiles ha estado disponible por más de 30 años, aún es posible observar diversos problemas de obstrucción de flujo tales como la formación de arcos y/o ratholes sobre las aberturas de descarga, una limitada capacidad viva de almacenamiento, segregación del mineral, generación de polvo, baja eficiencia, elevados costos de producción y mantención, e incluso sistemas completamente inoperativos
debido a que no se consideraron oportunamente las propiedades de fluidez del material manejado. El conocimiento y la aplicación efectiva de los ensayos de laboratorio propuestos originalmente por Andrew Jenike [1] en los años sesenta permiten diseñar y dimensionar adecuadamente estos sistemas y equipos de almacenamiento de materiales sólidos a granel para evitar problemas de flujo en nuevas instalaciones, para eliminar dichos problemas en instalaciones existentes y/o al menos minimizar sus consecuencias para la planta.
A continuación se describe que es un stockpile, los tipos de stockpiles más usados en la minería y sus alimentadores, posibles problemas de flujo y sus consecuencias, tipos de flujo, y los principios básicos que gobiernan el diseño de stockpiles.
¿Qué es un stockpile? A diferencia de los silos, los stockpiles no tienen paredes verticales y el material se acopia y sustenta sobre sí mismo, formando un ángulo de reposo ( αR). En general, para minerales chancados relativamente °
°
secos y de buena fluidez el ángulo de reposo varía desde 35 a 40 , medido desde la horizontal, y dependiendo del contenido de humedad del material y de su contenido de finos, como se define en la Figura 1.
Los dos tipos de stockpiles más usados en la minería son: cónico y tipo A, como se muestra esquemáticamente en la Figura 1. El stockpile cónico se forma al descargar material por gravedad desde un punto fijo, y su máximo volumen de almacenamiento está dado por la altura máxima de la pila y el ángulo de reposo que forma el material al ser apilado. El stockpile tipo A se forma al descargar material por gravedad mediante una correa móvil y/o reversible, o mediante un “burro” o tripper. En este caso, el volumen máximo de almacenamiento depende de la altura máxima de la pila, del ángulo de reposo del material y de la carrera o distancia entre los dos puntos extremos de descarga del material.
Cabe destacar que otros tipos de stockpiles existen pero no se consideran en el presente trabajo. Estas geometrías suelen usarse en plantas y/o bodegas que manejan y almacenan a granel grandes cantidades de materiales tales como concentrado de cobre húmedo, carbón, clinker, cal, bauxita, etc.
Figura 1: Principales tipos de stockpiles usados en la minería.
Alimentadores Los alimentadores juegan un rol muy importante en el adecuado funcionamiento y operación de los stockpiles. Estos se instalan bajo las tolvas de descarga y se utilizan para recuperar por gravedad el material almacenado a granel en la pila. Los alimentadores permiten además controlar y regular el flujo de alimentación del material a un proceso aguas-abajo como son molinos y/o tambores de aglomeración. El objetivo principal en el diseño eficiente de alimentadores es obtener una descarga uniforme de material a lo largo de toda la abertura de descarga de la tolva. Además, se debe minimizar la pérdida o caída de material al suelo, y minimizar las cargas sobre el alimentador, lo cual
a su vez minimiza el consumo de energía y el desgaste de las partículas, entre otros.
Los dos tipos de alimentadores más comúnmente usados para la extracción y descarga de minerales chancados almacenados en stockpiles son los alimentadores de
correa (ver Figura 2) y los alimentadores de bandeja
vibratorios (ver Figura 3). Estos equipos extraen el mineral del stockpile por gravedad y lo descargan a una correa transportadora común ubicada debajo de ellos y en un túnel bajo la pila. El número, tipo, y ubicación de estos alimentadores dependerá en gran medida del tipo de stockpile, de la capacidad total y viva requerida, del flujo de material requerido, de las propiedades de flujo del mineral manejado, y de la tendencia a segregarse del material, como se verá más adelante.
Otros sistemas de extracción comunes en la minería incluyen: “sombrero mexicano” con un tubo vertical de descarga sobre la correa (ver Figura 3), y una serie de compuertas de guillotina y/o de barras, los cuales permiten descargar en forma no-controlada un stockpile y/o cortar completamente el flujo de material. Este tipo de equipos corresponde más bien a descargadores y no se clasifican como alimentadores propiamente dichos.
Figura 2:
Alimentador de correa.
Figura 3: Alimentador de bandeja vibratorio y tubo de descarga tipo “sombrero mexicano”.
PROBLEMAS DE FLUJO Los materiales a granel pueden adquirir o no resistencia cohesiva cuando se almacenan en stockpiles, dependiendo de la combinación de una serie de factores tales como: altura de la pila (presión de consolidación), porcentaje y tamaño de finos en el mineral, contenido de humedad, forma de las partículas, tiempo de almacenamiento en reposo bajo presión, presencia de arcillas o polvos, naturaleza química del material, temperatura, y condiciones climáticas. Desde el punto de vista del manejo de sólidos a granel, diferentes problemas de flujo pueden ocurrir dependiendo de la geometría y ubicación de las tolvas de descarga del stockpile, de las dimensiones de las aberturas de descarga y del tipo de flujo que el material desarrolle al fluir en el stockpile.
Quizás el peor de los problemas de flujo que un operador deba enfrentar en una planta es el de ‘obstrucción de flujo’. Al abrir la compuerta de descarga o accionar el alimentador, una pequeña cantidad del material almacenado en el stockpile sale por la abertura y luego se detiene el flujo debido a la formación de una obstrucción sobre la abertura de descarga. Existen dos causas para
este problema: la formación de un’arco’ o de un ‘rathole’, como se muestra en la Figura 4.
Figura 4: Problemas de formación de arcos y ratholes.
En el caso de ‘formación de arco’, partículas grandes en relación a la abertura de descarga de una tolva pueden producir un arco por entrelazado o ‘interlocking’ al trabarse éstas entre sí, deteniendo el flujo de descarga. Como regla general y para evitar un arco por entrelazado, el ancho BP de la abertura de descarga de una tolva tipo cuña debe ser a lo menos 3 a 4 veces el tamaño máximo de partícula. Por otro lado, partículas finas y húmedas pueden producir un ‘arco cohesivo’ en la boca de la abertura de descarga de la tolva, que también puede llegar a detener completamente el flujo de descarga.
En el caso de ‘formación de rathole’, el material forma un tubo hueco o agujero cilíndrico vertical en la masa del material almacenado en un stockpile, el cual puede ser estable o inestable. Ratholes estables detienen completamente el flujo de descarga. Es muy difícil desestabilizar un rathole por medios externos tales como lanzas, sonido o vibraciones. Ratholes inestables generan un problema adicional de ‘flujo errático’ y no-controlado de material. En este caso, al abrir la compuerta de descarga o accionar el alimentador, una pequeña cantidad del material almacenado en la pila sale por la abertura y luego se detiene el flujo debido a la formación de un rathole. Vibraciones externas hacen que el material que rodea el rathole se vuelva inestable y colapse dentro del
espacio vacío, llenándolo rápidamente y de golpe. Entretanto, algo del material se descarga y se puede o no formar un arco sobre la abertura de descarga debido a la alta consolidación por impacto del material al caer. Si no se forma un arco, más material se descargará hasta que se forme nuevamente un rathole y así sucesivamente.
Otro problema de flujo típico en stockpiles es el de ‘flujo limitado’. Al descargar el material a través de la abertura de descarga, el flujo puede ser mucho menor que lo esperado, ya sea por limitada velocidad y/o torque de la correa, o por excesiva carga sobre el alimentador.
El problema de ‘degradación’ está presente si el material a almacenar tiene alguna tendencia a oxidarse, cristalizarse, reaccionar con la humedad o temperatura, descomponerse con el tiempo, etc. En general, no es el caso con los minerales chancados manejados en la minería.
El problema de ‘generación de polvo’ es un problema de contaminación ambiental que se debe controlar mediante un adecuado método de captación de polvo, manejo y reinyección al proceso del material fino. También es posible cubrir los stockpiles para evitar el arrastre producido por el viento (lo cual a su vez soluciona en parte el problema de congelamiento, lluvia y nieve).
Problemas de ‘segregación’ ocurren al manejar materiales con una variada y amplia distribución de tamaño de
partículas [2]. Al descargar este tipo de
materiales desde un punto elevado, las partículas finas tienden a concentrarse directamente bajo el punto de descarga mientras que las partículas más gruesas tienden a rodar hacia el exterior o periferia, con lo cual se segrega y separa parcialmente el material por tamaño de partícula (ver Figura 5). La diferenciación entre material fino, el cual puede ser cohesivo, y material grueso, el cual es generalmente de fácil escurrimiento y alta fluidez, es difícil de precisar. Por ejemplo, la pila puede ser descargada parcialmente y vuelta a llenar, o el porcentaje de finos en el mineral puede variar al desgastarse las
paredes del chancador, o el tipo de mineral explotado puede cambiar, etc. Como resultado de la segregación, la presencia de 10% de finos o más en el mineral puede causar severos problemas de flujo en stockpiles. Además, este problema puede causar graves trastornos en una planta, y pérdida de eficiencia en procesos de molienda y de aglomeración de minerales.
Figura 5: Fenómeno de segregación en un stockpile.
El resultado de los problemas de flujo descritos anteriormente puede generar una o más de las siguientes consecuencias para la planta o proceso: •
Capacidad de almacenamiento reducida
•
Descomposición y/o pérdida del material
•
Vibraciones y/o falla estructural
•
Operación deficiente
•
Consumo excesivo de energía
Finalmente, es importante mencionar que estos problemas de flujo con materiales a granel ocurren cuando el diseño del stockpile y su respectivo sistema de extracción no es el adecuado dada las propiedades de flujo del material a manejar. Todos estos problemas se pueden eliminar o minimizar en plantas existentes, y prevenir completamente durante la etapa de diseño de nuevas instalaciones. Hoy en día existe la tecnología para evitar las consecuencias mencionadas. Andrew Jenike y sus colaboradores desarrollaron
una teoría de flujo de sólidos a granel en la década de los 60’s y que hoy es mundialmente aceptada.[1] Este método se basa en la determinación de las propiedades de fluidez de los materiales y permite asegurar el correcto dimensionamiento de silos y stockpiles para lograr el almacenamiento, flujo y descarga confiables de materiales a granel.
TIPOS DE FLUJO El tipo de flujo que un material a granel desarrolla al ser descargado de un stockpile está dado por la geometría de la pila y por las características del material, principalmente sus propiedades de fricción interna y de fricción de pared. Desde el punto de vista del flujo de sólidos a granel, el flujo desarrollado en
un stockpile corresponde a ‘flujo expandido’ si las
tolvas de descarga
operan con flujo másico y si las aberturas de descarga son completamente efectivas. Flujo expandido es una combinación de los dos tipos básicos de flujo de sólidos a granel en el cual la parte inferior del stockpile opera en flujo másico (i.e. las tolvas de descarga) y la parte superior en flujo embudo. En este caso las tolvas deben expandir el canal de flujo a una dimensión mayor que el diámetro crítico de rathole (DF), eliminando así la formación de ratholes en el stockpile.
Varias
tolvas
de
flujo
másico
pueden
ser
instaladas
lo
suficientemente cerca unas de otras, de manera de combinar los respectivos canales individuales de flujo y evitar la formación de ratholes en la pila. Flujo másico
Este tipo de flujo ocurre cuando las paredes de la tolva son lo
suficientemente inclinadas y suaves para forzar al material a deslizar sobre ellas. En una
tolva de flujo másico, todo el material almacenado está en
movimiento y fluyendo hacia la abertura de descarga cuando se abre la compuerta de descarga o se acciona la correa del alimentador. Es imprescindible que la abertura de descarga sea completamente efectiva.
Tres consideraciones importantes en el diseño de tolvas de flujo másico son: la rugosidad e inclinación de las paredes de la tolva necesarias para forzar al material a deslizar sobre ellas, el tamaño de la abertura necesario para prevenir
la formación de arcos (por entrelazado y/o cohesivo), y además alcanzar el flujo de material deseado. Estos parámetros pueden ser determinados mediante ensayos de laboratorio a una muestra representativa del material y bajo condiciones similares a las que es y/o será sometido el material en la planta, como se explicó anteriormente.
Flujo embudo
Este tipo de flujo ocurre en stockpiles, silos de fondo plano y/o
tolvas cuando sus paredes no son lo suficientemente inclinadas ni suaves para forzar al material a deslizar sobre ellas, o cuando la abertura de descarga no es completamente efectiva. En este caso, el material fluye hacia la abertura de descarga a través de un canal de flujo que se forma dentro de material estacionario. Con materiales cohesivos y cuando la abertura de descarga es completamente efectiva, este canal de flujo es casi vertical y de diámetro similar al diámetro de la abertura de descarga en el caso de tolvas cónicas, o a la
diagonal en caso de tolvas con aberturas cuadradas o rectangulares.
Además, este canal de flujo será estable si su diámetro es menor que el diámetro crítico de rathole. Con materiales de alta fluidez y cuando la abertura de descarga es completamente efectiva, el canal de flujo se expande en forma cónica y con un ángulo que depende del ángulo de fricción interna del material. Como se mencionó anteriormente, lo materiales a granel pueden adquirir o no resistencia cohesiva cuando se almacenan en stockpiles dependiendo de la combinación de una serie de factores, e influyendo además en el tipo de flujo que el material desarrollará al ser descargado de la pila. Dentro de estos factores se cuentan la geometría y la altura de la pila (presión de consolidación en la base de la pila), porcentaje y tamaño de finos del material, contenido de humedad, tiempo de almacenamiento en reposo bajo presión, presencia de arcillas o polvos, naturaleza química del material, etc.
Materiales de alta fluidez
Minerales de tamaño relativamente grueso, con un
bajo porcentaje de finos y bajo contenido de humedad, poseen en general una baja resistencia cohesiva, y presentan un fácil escurrimiento libre por gravedad
o alta fluidez (free-flowing). Estos materiales tienen una baja tendencia a formar arcos cohesivos y ratholes si se almacenan en stockpiles.
Al descargar materiales no-cohesivos y de alta fluidez de una pila con una abertura en el centro de la base de esta, el material fluye hacia la abertura de descarga a través de un canal de flujo que se forma dentro del material estacionario. Este canal de flujo puede ser vertical y/o de forma cónica, con un ángulo que depende del ángulo de fricción interna del material. Material de la superficie se desprende y desliza dentro de este canal de flujo, como se muestra en la Figura 6. Al bajar el nivel del material se forma un cono invertido en la parte superior de la pila. Finalmente la extracción de material cesa formando un cono truncado invertido o cráter dentro del material estacionario o “muerto”. Para materiales de alta fluidez, el ángulo de vaciado de este cráter (αV) es aproximadamente 2 a 5 mayor que el ángulo de reposo del material. °
°
Para materiales levemente cohesivos, el ángulo final de vaciado ( αV) aumenta según las propiedades de fricción interna del material y la presión de °
°
consolidación, y puede llegar hasta 70 y 80 , medido de la horizontal.
Para la extracción y descarga de materiales no-cohesivos y de alta fluidez sólo se
requiere
de
algunos
alimentadores
o
descargadores
de
tamaño
relativamente pequeño, y distanciados entre sí para maximizar la capacidad viva de almacenamiento en la pila. La abertura de descarga de estos alimentadores debe ser completamente efectiva y diseñada para prevenir la formación de arcos por entrelazado de partículas.
Materiales cohesivos
Minerales de tamaño relativamente pequeño, o con un
alto porcentaje de finos y un elevado contenido de humedad, poseen en general una alta resistencia cohesiva y por ende una
mala fluidez y bajo
escurrimiento libre por gravedad. Estos materiales tienen una moderada tendencia a formar arcos cohesivos y una alta tendencia a formar ratholes si se almacenan en stockpiles y tolvas de flujo embudo, lo cual puede generar flujo errático de material y pérdida de capacidad viva de almacenamiento.
Al descargar materiales cohesivos y de baja fluidez de una pila con una abertura en el centro de la base de esta, el material fluye hacia la abertura de descarga a través de un canal de flujo que se forma
dentro de material
estacionario. En este caso, el canal de flujo suele ser casi vertical y el material de la superficie no se desprende ni desliza dentro de este canal de flujo, como se ilustra en la Figura 6. Al vaciarse el canal de flujo se pueden distinguir claramente tres zonas: directamente sobre la abertura de descarga el canal se expande hasta alcanzar una sección circular de diámetro (DR) ; en la segunda zona el material forma un rathole dentro de material estacionario o “muerto” y hasta cierta altura (HR); y en la tercera zona superior el material forma un cono truncado invertido o cráter.
Figura 6: Representación del flujo de descarga de material almacenado en una pila cónica con una tolva de descarga central.
Para la extracción y descarga de materiales cohesivos y de baja fluidez se deben emplear varios alimentadores de tamaño relativamente grande en comparación con alimentadores para materiales no-cohesivos y de alta fluidez, los cuales deben estar ubicados relativamente cerca entre sí para evitar problemas de flujo y maximizar la capacidad viva de almacenamiento en la pila. La abertura de descarga de estos alimentadores debe ser completamente efectiva y diseñada para prevenir no sólo la formación de arcos por entrelazado de partículas grandes sino que también para prevenir la formación de arcos cohesivos y ratholes.
CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO Es importante distinguir ente la capacidad total y la capacidad viva de almacenamiento en un stockpile. La capacidad total de almacenamiento se determina multiplicando el volumen máximo de almacenamiento (ver Figura 1) por la densidad aparente promedio del material, dado en t/m 3. En el caso de materiales compresibles, además se debe conocer la relación entre la densidad aparente del material en función de la presión de consolidación (o altura de la pila) para poder integrar todo el volumen. [3]
Uno de los principales objetivos en el diseño de stockpiles es maximizar la capacidad viva de almacenamiento en la pila, evitando la formación de ratholes. Por ejemplo, la capacidad de almacenamiento viva en un stockpile que maneja un mineral de alta fluidez es claramente superior que si el mineral manejado es cohesivo (ver Figura 6). Para esto se necesita de un método adecuado de cálculo para determinar el volumen vivo y que además considere todas las variables involucradas, principalmente la geometría y las propiedades de fluidez del mineral manejado.
Diámetro crítico de rathole
El diámetro crítico de rathole (DF) depende de la
cohesión interna del material manejado, la cual se ve afectada en gran medida por el contenido de humedad y el porcentaje de finos del material, por el tiempo
de almacenamiento en reposo y por la presión de consolidación. Jenike [1] propuso una correlación empírica para determinar el diámetro crítico de rathole mediante ensayos de laboratorio a una muestra representativa de mineral, y en función de la presión de consolidación, el ángulo de fricción interna, la resistencia cohesiva y la densidad aparente del material. A mayor altura de la pila, mayores deben ser las dimensiones de la tolva de descarga (en la base de la pila) para expandir el canal de flujo a una dimensión mayor que el diámetro crítico de rathole, eliminando así la formación de ratholes en el stockpile. Otra alternativa es instalar varias tolvas de flujo másico lo suficientemente cerca unas de otras, de manera que los respectivos canales de flujo individuales interactúen entre sí, formando un solo canal de flujo cuyo diámetro “combinado” exceda al diámetro crítico de rathole.
Jenike & Johanson realizó una serie de experimentos con modelos a escala de una variedad de stockpiles para medir la capacidad viva obtenida con diferentes materiales no-cohesivos y cohesivos.[4] El objetivo de estos ensayos fue desarrollar un programa computacional para modelar y calcular la capacidad viva que se logra en un stockpile al manejar minerales chancados gruesos y/o finos. Este programa incorpora las propiedades de fluidez del mineral manejado previamente determinadas en nuestro laboratorio, y datos tales como la geometría y altura máxima de la pila, número, tamaño y ubicación de las tolvas de descarga, ángulo final de vaciado (αV) y de reposo del material (αR). El programa permite además determinar la ubicación óptima de las tolvas de descarga para maximizar la capacidad viva de una pila, una vez conocidas las otras variables.
La Figura 7 muestra el efecto que el ángulo de vaciado tiene sobre la capacidad
viva de almacenamiento en una pila cónica con una tolva de
descarga de abertura rectangular ubicada en el centro de la base de la pila. La capacidad viva se entrega como porcentaje de la capacidad total de almacenamiento en la pila. Para los cálculos se asumió un ángulo de reposo °
=35 , medido desde la horizontal. Claramente se puede observar que a
αR
mayor resistencia cohesiva del material almacenado, y por ende mayor ángulo de vaciado, menor será la capacidad viva de almacenamiento en el stockpile. La máxima capacidad viva se obtiene para el caso en que el ángulo de vaciado °
es igual al ángulo de reposo (35 ) y es del orden del 30% de la capacidad total. °
Para un ángulo de vaciado de 50 , la capacidad viva disminuye a 20%, y para °
ángulos de vaciado superiores a 80 la capacidad viva es inferior al 5%.
Figura 7:
Efecto del ángulo de vaciado sobre la capacidad viva de
almacenamiento para un stockpile cónico con una tolva de descarga central (αR=35 ) °
Otro caso de interés se muestra en la Figura 8 para una pila cónica con dos tolvas de descarga de abertura rectangular de ancho B, dispuestas en línea y equidistantes del centro de la pila. La capacidad viva se entrega como porcentaje de la capacidad total de la pila, y en función de la separación entre las tolvas de descarga. Para los cálculos se asumió un ángulo de reposo °
=35 , medido desde la horizontal, y diferentes ángulos de vaciado (αV).
αR
Se puede ver que existe una posición óptima para ubicar las tolvas de descarga de manera de maximizar la capacidad viva de almacenamiento en la pila. Esta ubicación depende de la separación entre ambas tolvas de descarga (distancia entre centros de ambas tolvas, S), de los ángulos de reposo y de vaciado del material almacenado, de la forma y de las dimensiones generales
de la pila y de las aberturas de descarga de las tolvas en la base de la pila. Para el caso de
αR
=35 y °
αV
=40 , la separación óptima entre ambas tolvas es °
5B y la capacidad viva obtenida alcanza 35%. Pero al aumentar el ángulo de vaciado se deben acercar las tolvas para maximizar la capacidad viva de la pila. Para αV=60 , la separación óptima entre ambas tolvas disminuye a 4B y la °
capacidad viva obtenida es apenas 20%.
Figura 8:
Capacidad viva de almacenamiento para un stockpile cónico con °
dos tolvas de descarga separadas entre sí una distancia S ( αR=35 )
Formación de ratholes
Si la diagonal de las aberturas de descarga de las
tolvas en la base de la pila no exceden el diámetro crítico de rathole (DF), o si las tolvas de descarga no están lo suficientemente cerca para combinar los respectivos canales de flujo individuales, entonces es muy factible que se formen ratholes en la pila, disminuyendo drásticamente la capacidad viva de almacenamiento. Para estimar la capacidad viva de almacenamiento en una pila en la cual se han formado uno o más ratholes se debe conocer además el diámetro crítico de rathole en función de la altura efectiva y el ángulo de talud de los ratholes (generalmente entre 85 y 90 ). °
°
RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES Quizás el principal objetivo que se desea alcanzar al diseñar un stockpile es lograr la capacidad total de almacenamiento y maximizar la capacidad viva de la pila para un número razonable de tolvas de descarga y alimentadores. Además, se deben prevenir los problemas de flujo (formación de arcos, ratholes, flujo errático, flujo limitado, etc.), lograr los flujos de material requeridos, minimizar la segregación y degradación del material, minimizar la contaminación y generación de polvo, y evitar el uso de bulldozers sobre la pila. El primer paso para el correcto dimensionamiento de un stockpile y su respectivo sistema de extracción de material, es determinar las propiedades de fluidez del mineral manejado bajo condiciones similares a las que es o será sometido el material en la mina/planta una vez que entre en funcionamiento el proyecto.[5]
Se recomienda realizar ensayos de fluidez a varias muestras representativas del mineral, las cuales deben ser cuidadosamente seleccionadas para que representen fielmente las condiciones que se encontrarán en la mina durante su vida útil. Por ejemplo, para simular el tiempo de almacenamiento en reposo en la pila, se deben realizar ensayos de tiempo después de 24 y 48 horas de acondicionamiento bajo presión (o más según el proyecto). Adicionalmente, ensayos de fluidez se deben realizar ajustando el contenido de humedad del material para determinar cuan sensible es a una variación en su contenido de agua, y para un rango de temperaturas de acuerdo a las condiciones climáticas imperantes en la zona.
Los resultados de estos ensayos de laboratorio son imprescindibles y proveen la información esencial para el correcto diseño y dimensionamiento de un stockpile y su respectivo sistema de extracción de material, tales como: ü
recomendaciones generales para prevenir problemas de flujo, incluyendo dimensiones mínimas para las aberturas de descarga
ü
geometría del stockpile, incluyendo ubicación, número y tipo de tolvas de descarga y sus alimentadores
ü
selección del tipo más adecuado de alimentadores y su dimensionamiento
ü
cálculo de la capacidad viva y total de almacenamiento en la pila
ü
cálculo de la presión normal sobre las paredes de las tolvas de descarga y los alimentadores
Aunque la tecnología para el diseño óptimo de stockpiles ha estado disponible por más de 30 años, aún es común
ver diversos problemas de flujo en
instalaciones existentes. Mediante la comprensión de los mecanismos involucrados en el flujo de sólidos a granel, los diversos tipos de flujo que ocurren en un stockpile, y la determinación de las propiedades de fluidez de los materiales a ser manejados, es posible eliminar o reducir estos problemas de flujo en plantas existentes, y prevenir estos problemas en la etapa de diseño de nuevas instalaciones.
REFERENCIAS [1]
Jenike A., “Storage and Flow of Solids”, Bulletin No. 123 of the Utah Engineering Experiment Station, University of Utah, 1964.
[2]
Carson J., Royal T. y Goodwill D., “Understanding and Eliminating Particle Segregation Problems”, Bulk Solids Handling, Vol. 6, No. 1, 1986, pp. 139144.
[3]
Cabrejos F. “Total Storage Capacity of Stockpiles Handling Compressible Materials”, Bulk Solids Handling, Vol. 20, No.4, 2000, pp. 421-427.
[4]
Cabrejos F. y Goodwill D., “Tunnel Reclaim from Ore Stockpiles”, Bulk Solids Handling, Vol. 16, No. 3, 1996, pp. 393-400.
[5]
Cabrejos F. “Propiedades de Fluidez de los Materiales Sólidos a Granel”, presentado en el XI Congreso Nacional de Metalurgia y Materiales CONAMET 2000, La Serena, Chile, 9 al 11 de Agosto de 2000.
