Tecnología de plasma para la fragmentación de roca en zonas sensibles. Patricio Olivero Arenas y Cristian Larson Mardones I!"OL LIMITA#A $es%men. &e describe la tecnología de fragmentación de roca mediante plasma' (%e se basa en la activación de reacciones termíticas confinadas en el interior de perforaciones dentro del macizo rocoso. Act%almente la tecnología tecnología )a evol%cionado evol%cionado )acia el %so de mezclas mezclas met*licas (%e prod%cen reacciones termíticas (%e tienen la venta+a de generar altas densidades de energía' insensibilidad al impacto' alta temperat%ra de comb%stión y %n amplio rango de prod%cción de gases. Las vibraciones prod%cidas por esta tecnología son del orden del ,- de la generadas por las em%lsiones' debido esencialmente a la no prod%cción de ondas de esf%erzo al ser reacciones (%ímicas s%bsónicas con /O# del orden de 0-m1seg. La principal característica (%e permite aplicar plasma en la fragmentación de roca en zonas sensibles' es la escasa proyección de partíc%las de roca debido a la corta d%ración del p%lso de presión (%e prod%cen los gases ionizados' total o parcialmente' a altas temperat%ras' en c%yo caso los gases se transforman r*pidamente a fases m*s condensadas como lí(%idos o sólidos. "sta característica contrasta f%ertemente con los e2plosivos' (%e normalmente tienen %n car*cter %ltrasónico y los prod%ctos de reacción son gases (%e permanecen en ese estado d%rante el desarrollo de la volad%ra prod%ciendo la proyección de partíc%las de roca. 3inalmente se entregan antecedentes de %n caso de aplicación de la tecnología al fragmentar rocas en el interior de %n edificio (%e constit%ye %na zona altamente sensible a la proyección de roca.
Tecnología de plasma para la fragmentación de roca en zonas sensibles. ,. Introd%cción. &e denomina plasma al gas ionizado en el c%al la mayoría de los *tomos o mol4c%las se )an transformado en iones positivos al perder %no o varios electrones. "n general el plasma es %na mezcla de tres componentes5 *tomos o mol4c%las' iones positivos y electrones libres. "l plasma es el estado de la l a materia con mayor presencia en el %niverso. "l &ol y las estrellas p%eden ser considerados grandes concentraciones de plasma caliente. Toda descarga gaseosa como rel*mpago' c)ispa y arco el4ctrico esta asociada a la aparición de plasma' incl%so la llama ordinaria' a%n (%e en grado menor' est* ionizada' es decir' es plasma. "ntre %n plasma y %n gas no e2iste %na delimitación definida. "l plasma c%mple las leyes de los gases' sin embargo' es cond%ctor de la energía el4ctrica y es f%ertemente afectado por los campos magn4ticos 6,7 La reacción e2ot4rmica entre %n metal y %n ó2ido met*lico 6reacción termítica7 o entre elementos met*licos 6reacción intermet*lica7 así como la comb%stión de
metales 6reacciones de o2idación7 son %na importante f%ente de energía (%e p%ede prod%cir como prod%ctos de reacción fases menos condensadas como gases e incl%so plasma. La tecnología de fragmentación de roca con plasma' se basa en la activación de reacciones termíticas confinadas en el interior de perforaciones dentro del macizo rocoso. 8.9 $eacciones termíticas. La reacción termítica tradicional es la (%e tiene l%gar entre al%minio y ó2ido de fierro III o magnetita' (%e f%e %sada por primera vez como soldad%ra en ,:;:. "sta reacción e2ot4rmica prod%ce al ? > Al 8O0 = ; 3e = :@; cal1gr. reactivo na reacción termítica típicamente %sada en la fragmentación de rocas es la prod%cida entre el al%minio y el ó2ido de cobre. 8 Al = 0 C%O ? Al8O0 = 0 C% = ;@>', cal1gr. reactivo Las principales características termodin*micas 687 de esta 0 D "stado o fase de los prod%ctos de reacción5 E2ido 6Al8O07 5 lí(%ido Metal 6C%7 5 lí(%ido 9 gas Prod%cción de gases5 -'B> mol1,-- gr. de reactivo ? ,8- l1Fg Calor de reacción5 ;@>', cal1gr. reactivo Podemos comparar esta reacción con el A3O' (%e genera ,-B- l itros de gas 1Dg. y ;,8 cal1gr. de reactivo. Como %na forma de a%mentar la tasa de prod%cción de gases a esta mezcla termítica se le p%ede agregar nitrato de amonio 6G>O07 o alg%na sal altamente )idratada como Mg&O>H@G8O' (%e prod%cir* principalmente vapor de ag%a sobrecalentado. Las reacciones termíticas m*s %sadas para fragmentar roca se basan en el al%minio como metal comb%stible (%e reacciona con diferentes ó2idos met*licos. Para alg%nas aplicaciones específicas se p%eden %sar otros metales como el circonio (%e constit%ye mezclas termíticas sensibles a la ignición y con altas velocidades de reacción. "l ó2ido de cobre es preferido c%ando es necesario contar con %n b%en cond%ctor del calor. 8. #escripción de la tecnología de fragmentación de roca con plasma. "2isten varias tecnologías de fragmentación de roca con plasma' los primeros ensayos consistieron en ionizar %na sol%ción salina dentro de perforaciones en bolones mediante la acción de %n f%erte p%lso el4ctrico de >--- a B--- volt. Act%almente la tecnología )a evol%cionado )acia el %so de mezclas met*licas (%e prod%cen reacciones termíticas (%e tienen la venta+a de generar altas densidades de energía' insensibilidad al impacto' alta temperat%ra de comb%stión y %n amplio
rango de prod%cción de gases. M%c)as de estas form%laciones son estables a altas temperat%ras y no son afectadas por corrosión' )%medad' impacto' c)ispas y pe(%eas variaciones en s% composición (%ímica. Las mezclas termíticas p%eden ser encendidas por variados m4todos entre los (%e destacan los sig%ientes5 P%lso t4rmico proveniente de 5 $esistencia el4ctrica incandescente. P%ente semicond%ctor Arco el4ctrico' (%e re(%iere descargas el4ctricas >--- a J--- volt Impacto con l*ser. Otra reacción termítica m*s sensible a la ignición como Kr con C%O (%e prod%ce temperat%ras de J,-- D. Las vibraciones prod%cidas por esta tecnología son del orden del ,- de las generadas por las em%lsiones debido esencialmente a la no prod%cción de ondas de esf%erzo al ser reacciones (%ímicas s%bsónicas con /O# del orden de 0-m1seg. na forma de me+orar la velocidad de reacción de estas mezclas' es a%mentar la s%perficie específica de s%s componentes pasando de la act%al micro9estr%ct%ra a nano9estr%ct%ra' act%al estado del arte de las nano9termitas. La principal característica (%e permite aplicar plasma en la fragmentación de roca en zonas sensibles' es la escasa proyección de partíc%las de roca debido a la corta d%ración del p%lso de presión (%e prod%cen los gases ionizados' total o parcialmente' a altas temperat%ras' en c%yo caso los gases se transforman r*pidamente a fases m*s condensadas como lí(%idos o sólidos. "sta característica contrasta f%ertemente con los e2plosivos' (%e normalmente tienen %n car*cter %ltrasónico y los prod%ctos de reacción son gases (%e permanecen en ese estado d%rante el desarrollo de la volad%ra prod%ciendo la proyección de partíc%las de roca. 3inalmente' es necesario )acer notar la e2istencia de tecnología (%e permite sec%enciar los tiros mediante iniciadores electrónicos preprogramados' seme+antes a los detonadores electrónicos tradicionales' en (%e el e2plosivo )a sido reemplazado por mezclas termíticas altamente sensible a la ignición mediante p%ente el4ctrico. 0. "st%dio de caso. #entro del plan de e2pansión de la #ivisión Andina de Codelco C)ile' se est* aplicando la tecnología de fragmentación de roca con plasma al interior del edificio (%e c%bre el f%t%ro vaciadero de camiones de e2tracción en el razo PTB en el $a+o &%r &%r. "l proyecto consiste en terminar de constr%ir el emb%do receptor de mineral en el e2tremo s%perior del ore pass razo PTB. A(%í' es necesario e2traer ,8-- m0 de roca mediante ban(%eo de ,'B m de alt%ra. /er fig%ra ,' 8' 0 y >. na restricción importante del proyecto es la necesidad de generar %na gran%lometría del material fragmentado inferior a , m a fin de evitar colgad%ras del ore pass PTB (%e tiene %n di*metro de 0 m. "n este proyecto se cons%mir*n del orden de ,,-- Dg. c*ps%las de plasma y 0---
iniciadores electrónicos. Las principales características del diseo son5 Longit%d de perforaciones5 ,'J m #i*metro de perforaciones5 >, mm Malla de perforación5 -'J 2 -'@ m8 &ec%enciamiento5 electrónico. Plasma5 $C de origen coreano. 3actor de carga5 :-- a ,--- gr.1m0 $"3"$"CIA ILIO!$3ICA ,. #. A. Castro O.N ! /*s(%ez Termodin*mica del plasma Ingeniería y #esarrollo. niversidad del orte. C)ile ,;;@. 8. &. G. 3isc)er N M. C. !r%belic) T)eoretical "nergy $elease of T)ermites' Intermetallics' and Comb%stible Metals &A#;;9,,@-C. ,;;;.
