MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE CAPTACIÓN DE POLVO Y VENTILACIÓN EN UNA PLANTA MINERA

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1 II CONGRESO INTERNACIONAL DE MEDIO AMBIENTE II SIMPOSIO NACIONAL DE SEGURIDAD MINERA Lima, de Julio de 2001 Trabajo : MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE CAPTACIÓN DE POLVO Y VENTILACIÓN EN UNA PLANTA MINERA Por : Ing. Víctor Arroyo Chalco Consultor Energético y Ambiental Registro CIP Nº Empresa : CINYDE S.A.C. Calle Natalio Sanchez 220 Of. 307 Lima 11, Perú Tel victor.arroyo@cinydesac.com

2 2 1.0 INTRODUCCIÓN En el presente documento se describe los resultados de un estudio para el mejoramiento del sistema de captación de polvo de la fase de chancado y la ventilación de una nave de despacho de concentrado en la planta de concentrado de una empresa concentradora de mineral de Plomo y Zinc, que para fines del presente trabajo denominaremos MINERA CONCEPCION. 2.0 OBJETIVOS Los objetivos del trabajo realizado fueron : Determinar el grado de eficiencia de los sistemas de captación de polvo de la fase de chancado y la performance de los colectores de polvo correspondientes. Determinar las necesidades de ventilación de la nave de despacho de concentrado. Proponer las modificaciones e instalaciones necesarias para mejorar la captación de polvo y la ventilación, de tal manera de lograr estándares aceptables de exposición a contaminantes. 3.0 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA A continuación se hace una descripción del sistema de ventilación de la fase de chancado y de la nave de despacho de concentrado, que constituyen las instalaciones de interés del presente estudio. 3.1 FASE DE CHANCADO El diagrama de flujo del proceso de la fase de chancado de mineral se muestra en la Figura N 3.1. Como se observa el proceso consta de chancado secundario y terciario (el chancado primario del mineral se realiza dentro de la mina, que es de socavón); asimismo cuenta con operaciones de zarandeo primario y secundario. Todos los equipos y ductos de las operaciones de chancado están ubicados dentro de una nave cerrada de cuatro niveles, donde se distribuyen los diferentes equipos (chancadoras, zarandas, alimentadores, tolvas, etc.). El mineral chancado es posteriormente alimentado a la fase de molienda para la flotación de los minerales deseados. En la Figura N 3.2 se muestra los sistemas de captación de polvo de toda la fase de chancado antes mencionada. Como se observa en la figura, existen dos circuitos de colección de polvo mediante campanas, los cuales trabajan con sendos extractores y colectores de polvos. El Colector de Polvo N 1 es el mas importante y está constituido por un filtro de mangas dotado de sistema de limpieza intermitente mediante chorros de aire comprimido. Las mangas están manufacturadas de lona. Cuenta con un extractor de aire de unos CFM (pie 3 /min) nominales. El colector de Polvo N 2 es similar al primero, pero su extractor de aire tiene una capacidad de solo 3500 CFM.

3 3 Figura Nº 3.1 Diagrama de Flujo de Fase de Chancado TOLVA REGULADORA ALIMENTADOR VIBRATORIO PILA DE MINERAL ZARANDA SECUNDARIA ZARANDA PRIMARIA CHANCADORA SECUNDARIA CHANCADORA TERCIARIA TOLVA DE FINOS Figura Nº 3.2 Sistema de ductos y campanas Fase de Chancado AIRE EXHAUSTO AIRE EXHAUSTO TOLVA DE REGULACION Extractor COLECTOR DE POLVO Nº 2 ZARANDA SECUNDARIA POLVO FAJA 8a FAJA 8b 11 FAJA 8c FAJA 6 FAJA LEYENDA N TRONCAL RAMAL CAMPANA PUNTO DE MEDICION FAJA 7a FAJA 7b (adicional) ZARANDA PRIMARIA 05 CHANCAD. SECUND. 06 CHANCAD. TERCIARIA COLECTOR DE POLVO Nº 1 FAJA 4a FAJA 4b POLVO

4 4 3.2 NAVE DE DESPACHO DE CONCENTRADO La nave de despacho de concentrado está conformado por un ambiente semicerrado de unos 7200 m 3 (ver Figura N 3.3) donde se almacenan los minerales concentrados y de donde a la vez se despacha el mineral hacia los camiones que lo transportarán fuera de la planta. Dentro de la nave trabaja una persona que se encarga de operar un Payloader para efectuar la carga de los camiones con mineral concentrado. El vehículo opera unas 10 horas diarias para el despacho de concentrado. VISTA DE PLANTA Figura N 3.3 Nave de Despacho de Concentrado Camión Payloader VISTA LATERAL 4.0 SITUACIÓN ENCONTRADA A continuación se exponen los resultados de la evaluación de las instalaciones de interés. Es importante considerar en primer lugar que la unidad de MINERA CONCEPCION incrementó su capacidad de tratamiento de mineral desde 2000 t/d en sus inicios (1960) hasta 3000 t/d actualmente, es decir en un 50%. 4.1 SISTEMA DE CONTROL DE POLVO EN FASE DE CHANCADO A pesar del incremento en la producción, la capacidad del sistema de ventilación en el circuito de chancado ha permanecido inalterada; y mas bien ha aumentado una toma de captación de polvo en el circuito existente. Por lo expuesto el sistema de ventilación se encontró operando en forma deficiente, a lo que hay que agregar la baja de rendimiento mecánico por los años de uso de la maquinaria, permitiendo emisiones y dispersión de polvo al ambiente de trabajo que además de ocasionar

5 5 pérdidas de material con costo agregado, ocasionan también molestias y constituyen impactos negativos de salud ocupacional en contra de los trabajadores expuestos. Además de la falta de capacidad del sistema se observaron otras deficiencias tales como : a) Zaranda Primaria La campana no cubre la totalidad del foco de emisión. Compuerta de inspección de la zaranda, abierta. Escobilla de la faja de alimentación deteriorada, provocando caídas excesivas de material fino hacia la planta inferior. b) Chutes Compuertas abiertas sin necesidad. c) Zarandas Secundarias Fuga de polvo a través de orificio en el alimentador, causado por desgaste. El polvo cae hacia el nivel inferior. Compuerta delantera abierta, sin necesidad. d) Algunas fajas Faldones sueltos : fugas de polvo, acumulación de polvo en piso. Falta de cubrimiento. Se producen emisiones fugitivas de polvo por efecto del viento. Se observa acumulación de polvo debajo de la faja por efecto de la escobilla en el retorno. Se ha incluido una campana adicional al sistema original, lo cual está sobrecargando el sistema. e) Ducto de campana de Chancadora Terciaria Tiene empalme a la troncal por debajo de la tubería, lo cual debería ser lateralmente para evitar retorno de polvo. Presenta erosión notoria, lo cual se hace evidente por los numerosos parches en el ducto. f) Chancadoras Fugas de polvo por deficiencia de capacidad efectiva del sistema. g) Observaciones en general Se encontró que la excesiva producción de polvo en la nave de la Fase de Chancado se debía no solo a la mayor producción de polvo en la extracción del mineral (por la profundización de la mina) y al incremento de la producción misma de mineral (un 50%), sino también a las bajas velocidades de captura de polvo en las campanas (se encontraron valores de 67 hasta 347 pie/min, que resultaron inferiores al valor optimo de 400 pie/min), como consecuencia de : Taponamiento y abolladura de ductos. Esto reduce el flujo de aire y por consiguiente la captación de polvo. Compuertas de acceso en chutes abiertas. Esto hace que haya infiltraciones de aire "fresco" que reduce la capacidad del sistema para manejar aire "sucio" con polvo, que es el que realmente se quiere manejar. Agujeros en los ductos y codos. Esto implica infiltraciones de aire que restan capacidad al sistema. Ductos y campanas adicionados al sistema.

6 6 4.2 COLECTORES DE POLVO Colector de Polvo Nº 1 Se encontró trabajando a sobrecarga, emitiendo polvo visiblemente, sobre todo durante las operaciones de limpieza intermitente por aire comprimido. 1. El bajo rendimiento del colector se debía a : Mayor cantidad de material tratado y consecuente aumento de la concentración de partículas. Apertura indebida de compuertas en el circuito de chancado que permite el ingreso de aire limpio, disminuyendo la capacidad efectiva del sistema. Insuficiente encerramiento en puntos de transferencia. 2. El problema de frecuente rotura de mangas se debía a : Carencia de precolector para partículas gruesas. Sobrecarga de polvo. Capacidad insuficiente para la actual producción de polvo Colector de Polvo Nº 2 Se encontró con sobrecarga por trabajar sin previa separación del polvo grueso. 4.3 MEDICIONES EN FASE DE CHANCADO Con la finalidad de determinar la eficiencia del sistema de ventilación de polvo de la Fase de Chancado se realizaron, entre otros, mediciones de velocidad en puntos seleccionados de los ductos, mediciones de diámetros de ductos, dimensiones de campanas de succión y distancia a la fuente de emisión. El objetivo fue determinar si las velocidades de captura en las campanas y de transporte de polvo en los ductos eran las correctas. Los resultados se muestran en el Cuadro N 4.1. Cuadro Nº 4.1 Mediciones en ductos de Fase de Chancado Identificación de punto (1) Diámetro interno (cm) Caudal medido (pie 3 /min) 1. Ducto de campana de Zaranda Primaria 27.5 Ducto cerrado 2. Ducto de Campana de Zaranda Secundaria Nº Ducto de Campana de Zaranda Secundaria Nº Ducto de tolva de Zarandas Ducto de campana Faja 4 - lado chancadora secundaria Ducto campana Faja 4 lado chancadora terciaria Ducto campana 1 Faja Ducto campana 2 Faja Ducto campana chancadora terciaria Ducto campana chancadora secundaria Troncal chancadora Troncal zarandas Chimenea colector de Polvo Nº Ducto campana Faja Ducto obstruído 15. Ducto campana Faja Succión ventilador Colector Polvo N (1) identificación los puntos en la Figura N 3.2

7 7 El Punto 1 es el más lejano del sistema y fue cerrado para incrementar la captación en otros puntos más críticos. El Punto 14 no permitió hacer registros por estar colmatado de polvo en más del 50%. De acuerdo al Cuadro N 4.1 el Colector de Polvo N 1 tiene una descarga actual de CFM, que resulta superior al flujo de entrada al mismo colector, que resulta ser de CFM (ver Cuadro N 4.2); es decir se encontró un incremento de caudal de CFM. Ello se debía a infiltraciones de aire en la estructura del mismo colector y en el ducto de la aspiración del ventilador. Dicha situación estaba influyendo en la pérdida de capacidad de captación del sistema, pues es más fácil succionar aire "limpio" en los puntos más cercanos al ventilador, que aire "sucio" en las campanas de ventilación más lejanas. Cuadro N 4.2 Resultados de flujos hacia Colector de Polvo N 1 Punto Flujo de medición (CFM) Troncal chancadoras Troncal zarandas Flujo total hacia Colector N Las permanentes emisiones fugitivas de polvo en el ambiente de trabajo dentro de la nave de chancado, desde fajas, chutes, chancadoras, zarandas, etc., constituyeron una prueba palpable de la pérdida de capacidad del sistema de captación de polvos, resultando de esta manera en un riesgo para la salud de los trabajadores, toda vez que las concentraciones de polvo respirable dentro de la nave eran mayores a 3 mg/m 3 que es valor límite umbral (TLV) para una jornada de 8 horas considerado por la ACGIH de USA. En el caso del Colector Nº 2 se encontró que trabajaba mejor que el Colector N 1, pero de todas maneras sobrecargado en polvo, que era abundante en las Fajas 5 y 6, y con baja eficiencia de captación. En este caso se producía contaminación del aire exterior por polvo, puesto que dichas fajas estaban expuestas a la intemperie. 4.4 NAVE DE DESPACHO DE CONCENTRADO En este ambiente de trabajo se encontró una alta contaminación del aire como consecuencia de las emisiones de gases y hollín del escape del Payloader (equipado con motor Diesel) usado para despacho de concentrados. De acuerdo a mediciones realizadas, se encontró que la concentración de CO a nivel del piso fluctuaba entre 20 y 60 ppm. El valor máximo de 60 ppm sobrepasó el TLV que es de 25 ppm. Dicha situación constituía un riesgo para la salud del operador de Payloader. Las razones de los altos niveles de CO dentro de la nave de concentrados, no solo era el mal estado del motor del Payloader; sino también la deficiente ventilación de la nave, lo cual resultaba insuficiente; pues el sistema de extracción de aire viciado consistía sólo de tres extractores de aire de pequeña capacidad (1200 CFM cada uno) ubicados en el techo y tres puertas de acceso, que de hecho resultaban insuficientes. 5.0 MEJORAS PROPUESTAS 5.1 MEJORAS DEL SISTEMA DE CONTROL DE POLVO EN FASE DE CHANCADO En primera instancia se recomendó tomar las siguientes medidas en forma inmediata : 1. Cerrar todas las compuertas de chutes y habilitar tapas faltantes. 2. Hermetizar el Colector N 1 y reparar el ducto de succión del ventilador para evitar infiltraciones.

8 8 Con ello se reduce la infiltración de aire limpio y mejora la captación de polvo en las campanas de succión, siendo probable que el sistema llegue a trabajar con menos CFM (valor máximo recomendable para un sistema de captación). 5.2 IMPLEMENTACIÓN DE CIRCUITOS COMPLEMENTARIOS DE CONTROL DE POLVO Colector de Polvo Nº 2 Instalar un pre-colector tipo Ciclón para el control de partículas gruesas; para evitar la colmatación del ducto de la Faja 5 por partículas sedimentables Otros puntos Implementar dispositivos de control (cubiertas, encerramientos, humectación, etc.) en fajas transportadoras, chutes y puntos de transferencia, generadoras de contaminación por partículas volantes. 5.3 DEFINICION DE CIRCUITOS DE COLECCION Dado el mayor contenido y cantidad de polvo en el material que actualmente viene procesando MINERA CONCEPCION, es muy probable que sea necesario considerar circuitos independientes de captación y control de polvo ambiental, que puedan manejar cada uno un flujo menor a CFM y lograr una adecuada velocidad de captura y transporte de polvo en ductos sin acumulación de polvo ni erosión. Si luego de la hermetización del actual sistema de captación no se consigue los resultados esperados, será necesario considerar definitivamente un total de cuatro (4) circuitos de control de polvo, tal como se indica a continuación (ver Figura N 5.1): 1) Circuito Nº 1, constituido por las campanas de: Tolva de regulación de zarandas secundarias Zarandas secundarias Faja 8c Instalaciones necesarias: Red de ductos (por modificar) Precolector de polvo tipo ciclón (nuevo) Colector de polvo tipo mangas (Colector N 1 actual) Extractor de aire (actual) Chimenea (actual) 2) Circuito Nº 2, constituido por las campanas de: Zaranda primaria Chute de Chancadora secundaria Chute de Chancadora terciaria Faja 4a/b Faja 7 a/b Faja 8 a/b Instalaciones necesarias (nuevos) Precolector tipo ciclón Colector de polvo tipo Scrubber de CFM, 480 l/min agua Extractor de aire de pie 3 /min efectivos Chimenea

9 9 AIRE EXHAUSTO Figura Nº 5.1 Sistema de ductos y campanas Fase de Chancado - Diseño Mejorado TOLVA DE REGULACION AIRE EXHAUSTO COLECTOR DE POLVO Nº 2 POLVO CICLON FAJA 8a ZARANDA SECUNDARIA FAJA 8b FAJA 8c COLECTOR DE POLVO Nº 1 AIRE EXHAUSTO FAJA 5 FAJA 6 POLVO FAJA 7a/b ZARANDA PRIMARIA CHANCAD. SECUND. CHANCAD. TERCIARIA SCRUBBER FAJA 4a FAJA 4b VISTA DE PLANTA Figura N 5.2 Ubicación de inyectores de aire en Nave de Despacho de Concentrado INYECTORES DE AIRE: PAREDES : TECHO : VISTA LATERAL

10 10 3) Circuito Nº 3 constituido por una red de ductos y campanas correspondientes a: Fajas 4, 5 y 6 Instalaciones necesarias : Ductos (nuevos y rediseñados) Ciclón (nuevo) Extractor de aire (actual) Colector de polvo de mangas (actual) Chimenea (nueva) De esta forma todos estos circuitos podrán trabajar holgadamente y tolerar en el futuro algún ramal adicional o infiltraciones inevitables. 4) Circuito Nº 4 (programa a mediano plazo) Constituido por campanas correspondientes a fajas transportadoras, chutes, puntos de transferencia y/o máquinas generadoras de polvo que actualmente carecen de sistema de control de dicho contaminante. También cubiertas de fajas transportadoras y encerramiento de operaciones. Los sistemas paralelos propuestos permitirán controlar la contaminación generada en parte en caso de falla de uno de los circuitos, lo cual no sería factible en caso de un solo sistema centralizado. 5.4 MODIFICACIONES DE DUCTOS Con la finalidad de incrementar los caudales de succión de aire de ventilación y de esta manera incrementar la velocidad de captura en campanas, asi como la velocidad de transporte de polvo en ductos, se recomendó aumentar el diámetro de ductos de acuerdo a lo indicado en el Cuadro Nº 5.1 (columna "Diámetro interno nuevo ducto"). Cuadro Nº 5.1 Nuevos diámetros de ductos del sistema de captación de polvo de la Fase de Chancado Identificación de Punto y Ducto Diámetro Interior (pulg.) Caudal registrado (pie 3 /min) Calificación Diámetro nuevo ducto (pulg) 1. Ducto de campana de Zaranda primaria Ducto de campana de Zaranda secund. Nº Insuficiente Ducto de campana de Zaranda secund. Nº Insuficiente Ducto de tolva de Zarandas Insuficiente 8 5. Ducto de campana Faja 4 lado chanc sec. 9¼ 1898 Insuficiente 10½ 6. Ducto de Campana Faja 4 lado chanc terc. 9½ 1399 Muy insuficiente 11½ 7. Ducto campana 1 - Faja 7 10¾ 396 Muy insuficiente 10½ 8. Ducto campana 2 Faja 7 10¾ 919 Insuficiente 7½ 9. Ducto campana chancadora terciaria. 6¾ 993 Muy insuficiente 10¾ 10. Ducto campana chancadora secundaria. 7¾ 1093 Muy insuficiente 8½ 11. Troncal chancadoras 25½ Muy insuficiente Troncal zarandas Muy insuficiente Chimenea colector de polvo Nº Muy insuficiente Ducto de campana Faja 5 10½ Colmatado Inútil Ducto de campana Faja 6 11½ 2885 Apropiado - momentaneam.(*) 16. Succión ventilador de colector de polvo Nº Requiere rediseño - (*) Si funciona la campana de la Faja 5, el caudal será insuficiente, para conseguir una velocidad de captura adecuada

11 DISEÑO DE NUEVO SISTEMA DE VENTILACIÓN PARA NAVE DE CONCENTRADO El nuevo sistema recomendado consiste en inyectar unos pie 3 /min de aire fresco tomado de la parte alta externa de la nave, de tal manera de conseguir una dilución del aire contaminado de la nave, que permita lograr una concentración de CO de 9 ppm, menor que el valor TLV de 25 ppm. Para tal efecto es necesario instalar 12 inyectores de aire ubicados estratégicamente en puntos que permitan un desplazamiento homogéneo del aire, es decir 08 en las dos paredes laterales y 04 en el techo conforme se ve en la Figura N 5.2. Ello permitirá que la descarga del aire viciado se realice exclusivamente a través de todas las áreas libres de la nave, es decir portones y ventanas existentes. 6.0 CONCLUSIONES 1. El sistema de ventilación de la Fase de Chancado no estaba trabajando adecuadamente, presentando las siguientes deficiencias : - Baja velocidad de captura de polvo en muchas de las campanas. - Baja velocidad de transporte de polvo en ductos. - Colector de polvo N 1 sobrecargado en exceso, presentando frecuentemente rotura de mangas. Las causas de las deficiencias presentadas fueron : - Incremento de la producción de la mina (en un 50%). - Incremento del polvo fino en el material extraído (por la profundización de la mina). - Baja de rendimiento mecánico de la maquinaria por los años de uso. - Deficiencias en la operación del sistema (principalmente la apertura de compuertas). 2. El sistema de ventilación fue bien diseñado para las condiciones iniciales de la mina; pero ya no trabaja bien para las actuales condiciones y requiere ser rediseñado con modificaciones acorde a las actuales exigencias de control ambiental y salud ocupacional. 3. Las mejoras planteadas permitirán reducir paulatinamente las emisiones fugitivas de polvo hasta niveles aceptables desde el punto de vista de la salud ocupacional. 4. La nave de despacho de concentrado tiene una ventilación muy insuficiente, resultado de lo cual es la alta concentración de CO presente dentro de dicho ambiente, como consecuencia de las emisiones del Payloader. Esta nave requiere la instalación de un sistema de ventilación por inyección de aire a presión positiva, a fin de diluir los contaminantes en su interior. 7.0 RECOMENDACIONES 1. En forma urgente se deberá cerrar compuertas y tapas del sistema de captación de polvo de la Fase de Chancado, hermetizar el Colector de Polvo N 1 y la succión del ventilador respectivo. 2. Realizar mantenimiento de faldones y escobillas en fajas, orificios en ductos por corrosión y erosión, entre otros, con la finalidad de reducir la dispersión de polvo dentro de la nave. 3. Modificar hábitos operativos en la Fase de Chancado, en el sentido de no dejar las compuertas de inspección abiertas, toda vez que ello, además de reducir la capacidad del sistema, repercute en la salud de los trabajadores por las mayores emisiones fugitivas que representan.

12 12 4. Para el corto plazo se deberá implementar sistemas de humectación en puntos de emisión fugitiva de polvo. 5. Si la humectación no es suficiente, en el mediano plazo las acciones a tomar serán : - Diseño definitivo de circuitos de ventilación N 1, 2, 3 y otras mejoras - Adquisición de equipos necesarios para los nuevos circuitos (ciclón, scrubber, etc.). - Construcción de ductos y otras facilidades para independización de circuitos. - Implementación de nuevos equipos y facilidades. - Puesta en operación de nuevo sistema y comprobación de eficiencia. 6. Realizar una recuperación y limpieza permanente y profunda del polvo asentado bajo fajas, chutes, etc., con la finalidad de que dicho polvo no se difunda a través de pisos de rejilla. Es necesario asignar personal dedicado específicamente a dichas tareas. Ing. Víctor Arroyo Chalco Consultor Energético y Ambiental CIP 38007