COMPORTAMIENTO REOLOGICO DE LOS RELAVES DE ALTA DENSIDAD. Patrón de comportamiento reológico extremo de relaves chilenos

Transcripción

1

2 COMPORTAMIENTO REOLOGICO DE LOS RELAVES DE ALTA DENSIDAD Patrón de comportamiento reológico extremo de relaves chilenos Dr. Ramón Fuentes Aguilar Dr. Ing. (Erlangen) Patricio Ruz Guerrero 10 de Noviembre 2010

3 DESCRIPCION SISTEMICA MODULOS FUNCIONALES - OPERATIVOS ESPESAMIENTO TRANSPORTE DEPOSITO

4 DESCRIPCION SISTEMICA SECUENCIA DE DISEÑO DEPOSITO TRANSPORTE ESPESAMIENTO

5 ASPECTOS INFLUYENTES DE LA REOLOGIA ESPESAMIENTO Dinámica de las rastras Flujo hacia el underflow Tensión de fluencia en el underflow Más TRANSPORTE Pérdidas de carga en las líneas Tipo de bombas Derrateo de las bombas Eventual segregación y depósito de fondo Más DEPOSITO Pendiente de depósito Encogimiento Eventual channeling Más

6 TENSION DE FLUENCIA Y VISCOSIDAD DE RELAVES TENSION DE FLUENCIA: Dificultad para que se inicie el escurrimiento Mezger (2006)

7 TENSION DE FLUENCIA Y VISCOSIDAD DE RELAVES VISCOSIDAD Mide la dificultad: No para fluir Sí para fluir rápidamente Experimento virtual: SE EXTRAE BRUSCAMENTE UNA PALETA DESDE UN POTE LLENO DE UN LIQUIDO. SE ESPERA HASTA QUE EL FILM SE ADELGAZA A LA MITAD A 50 MILIMETROS DESDE EL PUNTO INICIAL

8 TENSION DE FLUENCIA Y VISCOSIDAD DE RELAVES Agua: T = 1/10 segundo Miel: T = 8 minutos

9 QUE ES UNA PASTA? ESTA ES PASTA Esta sí es pasta! Miguel Digweed

10 QUE ES UN RELAVE EN PASTA? El asunto comienza a ser difícil. Un relave es una suspensión de partículas sólidas en agua industrial, pero esto no dice mucho. Existen varias definiciones. Casi todas tienen en común el ser vagas y empíricas. En realidad lo que se busca es una caracterización operacional. Las definiciones más usadas son: Según la concentración Según la tensión de fluencia Según la facilidad o dificultad de bombeo Definición según criterios reofísicos (esta es racional, pero está todavía en desarrollo (Coussot y Ancey, 1999 )

11 SEGÚN LA CONCENTRACION DE SOLIDOS DIAGRAMA DE RESISTENCIA

12 RELAVES NORMALES

13 RELAVES ESPESADOS

14 RELAVES EN PASTA

15 RELAVES SEGÚN CONCENTRACION RELAVES DILUIDOS Cp (10 30) [%] RELAVES NORMALES (CHILENOS Y HOY) Cp (40 60) [%] RELAVES ESPESADOS Cp (60 65) [%] PASTA Cp 70 [%]

16 RELAVES SEGÚN TENSION DE FLUENCIA TAUF RELAVES DILUIDOS TAUF: 0-5 [Pa] RELAVES NORMALES (CHILENOS Y HOY) TAUF: 5-20 [Pa] RELAVES ESPESADOS TAUF: 100 [Pa] PASTA TAUF: 300 [Pa]

17 Boger (circa 2006) TENSION DE FLUENCIA PARA VARIOS RELAVES

18 FACILIDAD O DIFICULTAD PARA BOMBEAR LOS RELAVE DILUÍDOS Y RELAVES NORMALES PUEDEN BOMBEARSE EMPLEANDO MAQUINAS CENTRIFUGAS CON LOS RELAVES ESPESADOS Y LAS PASTAS PUEDE SER NECESARIO EMPLEAR BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO

19 TEOREMA (O MITO) DEL LAPIZ

20 TEOREMA (O MITO) DEL LAPIZ ENUNCIADO: SI EL LAPIZ QUEDA PARADO, EL RELAVE NO PUEDE IMPULSARSE CON UNA BOMBA CENTRIFUGA FELIZMENTE, EL TEOREMA NO ES TAL SINO UN MITO SI SE CONSIDERA COMO PRINCIPIO INFALIBLE: EN CHILE, MEDIANTE ENSAYOS REOLOGICOS DE LABORATORIO Y MEDICIONES EN PLANTA PILOTO SE HA LOGRADO DETERMINAR PARA UNA GRAN PLANTA INDUSTRIAL QUE SUS RELAVES PUEDEN SER IMPULSADOS CON BOMBAS ROTODINAMICAS

21 TEOREMA (O MITO) DE LOS 100 PASCALES ENUNCIADO: SI LA TENSION DE FLUENCIA EXCEDE ALGO COMO 100 O 200 PASCALES, EL RELAVE NO PUEDE TRANSPORTARSE HIDRAULICAMENTE TAMBIEN ES UN MITO, SI SE LE CONSIDERA COMO UN JUICIO INFALIBLE; ES REAL QUE SI LA TENSION DE FLUENCIA ES MUY ELEVADA HAY QUE AFRONTAR PROBLEMAS ESPECIALES: LAMINARIZACION SEGREGACION DEPOSITO DE FONDO FUERTE DERATING DE LAS BOMBAS PERO TODOS ESTOS ASPECTOS SON ABORDABLES TÉCNICAMENTE MEDIANTE ESTUDIOS REOLOGICOS Y, EVENTUALMENTE, MEDICIONES EN PILOTO

22 CONSIDERACIONES REO-FISICAS: EN DESARROLLO (COUSSOT Y ANCEY, 1999 ) SE DISTINGUEN: PASTAS PROPIAMENTE TALES: DESCRIPCION: SON SISTEMAS ATASCADOS BLANDOS EJEMPLOS: GELES, POLIMEROS, COLOIDES, ESPUMAS CONCENTRADAS, EMULSIONES PASTAS GRANULARES: DESCRIPCION: SISTEMAS ATASCADOS DUROS EJEMPLOS: SUSPENSIONES ALTAMENTE CONCENTRADAS

23 PASTAS PROPIAMENTE TALES TENSIONES VISCOSAS << TENSION DE FLUENCIA: ENTONCES: REGIMEN DE PASTA REGIMEN SOLIDO TENSIONES VISCOSAS >> TENSION DE FLUENCIA ENTONCES: REGIMEN HIDRODINAMICO REGIMEN LIQUIDO

24 PASTAS GRANULARES FUERZAS VISCOSAS >> FUERZAS MECANICAS ENTONCES: REGIMEN HIDRODINÁMICO, DE PERCOLACION O DE LUBRICACION FUERZAS MECANICAS >> FUERZAS VISCOSAS ENTONCES: REGIMEN GRANULAR: COLISIONAL O FRICCIONAL

25 Regímenes PASTAS GRANULARES

26 FUERZAS DE INTERACCION Φ: Energía potencial de interacción

27 RELAVES DECANTABLES Y NO DECANTABLES Para fijar ideas: Se estudia la sedimentación uniforme de una partícula esférica, de cuarzo, cayendo en agua limpia a 20 [ºC]. Una esfera de 1 [µm] no decanta, debido al movimiento browniano (fuerzas de Langevin) Diámetro de partículas Velocidad de sedimentaciòn Tiempo para caer 10 cm] [µm] [mm/sec] [sec] (18 [min])

28 MEDICIONES REOLOGICAS RELAVE NO DECANTABLE

29 MEDICIONES REOLOGICAS RELAVE DECANTABLE

30 REOLOGIA EXPERIMENTAL SUSPENSIONES DECANTABLES Existen varios artilugios para estudiar suspensiones decantables El que se ha usado exitosamente en Chile es un cilindro con ranura helicoidal (Patente HAAKE) CIMM (1970 c 1990) PUC (1980 ) JRI (2009 )

31 Resulta claro que el rotor liso no puede, por sí mismo, contrarrestar la decantación de las partículas sólidas ROTOR LISO Y ROTOR DOTADO DE HELICOIDE

32 SOFTWARE PARA OBTENCION DE REOGRAMA Sofra, Paste 2007, p.256

33 EMPAQUETAMIENTO DE ESFERAS IDENTICAS (SLICHTER, 1899)

34 EMPAQUETAMIENTO DE ESFERAS

35 EMPAQUETAMINENTO DE PARTICULAS REALES (NO ESFERICAS -GRANULOMETRIA EXTENDIDA)

36 INSEGURIDAD DE TRANQUES DE RELAVE (I) Tailings Dam Failures vs. Conventional Dam failures (ICOLD, 1995)

37 INSEGURIDAD DE TRANQUES DE RELAVE (II) Tailings Impoundment Failures by Country (USCOLD, 1994 and UNEP, 1996)

38 CORFO INNOVA CHILE (09IEI-3570) APLICACIÓN INDUSTRIAL DE LA TECNOLOGÍA DE ESPESAMIENTO EXTREMO EN PROYECTOS MINEROS JRI se adjudicó el proyecto Aplicación Industrial de la Tecnología de Espesamiento Extremo en Proyectos Mineros, a través fondos de la línea de Innovación Empresarial de CORFO INNOVA CHILE. Este proyecto pretende apoyar la implementación de la tecnología de pastas en los relaves chilenos mediante un conocimiento profundo de éstos.

39 CORFO INNOVA CHILE (09IEI-3570) OBJETIVOS DEL PROYECTO Introducir al mercado nacional el soporte científico y tecnológico para la implementación de la tecnología de Espesamiento Extremo (relaves en pasta) en la minería nacional. Implementar su propia plataforma tecnológica en pastas minerales. Establecer los aspecto técnicos-económicos de la industrialización de pastas en la minería. Instalación de un Laboratorio de Reología para la investigación y aplicación de espesamiento extremo como una actividad de innovación en la industria minera

40 REOMETRO PROGRAMABLE REOMETRO HAAKE (KARLSRUHE, 2008)

41 EJEMPLO N 1 VISCOSIDAD DE BINGHAM S = 2.64 ph= 11.3 D50 = 65 µm Mediciones Modelo de Krieger & Dougherty (1959) µ B / µ = 0.56 Cv Cv MAX

42 EJEMPLO N 1 TENSIÓN DE FLUENCIA S = 2.64 ph= 11.3 D50 = 65 µm Mediciones Modelo de Heymann et a (2002) 500 τ F [Pa] = 0.53 Cv Cv MAX

43 EJEMPLO N 2 VISCOSIDAD DE BINGHAM S = 2.48 ph= 10.8 D50 = 52 µm Mediciones Modelo de Krieger & Dougherty (1959) µ B / µ = 0.56 Cv Cv MAX

44 EJEMPLO N 2 TENSIÓN DE FLUENCIA S = 2.48 ph= 10.8 D50 = 52 µm Mediciones Modelo de Heymann et al (2002) 500 τ F [Pa] = 0.54 Cv Cv MAX

45 EJEMPLO N 3 VISCOSIDAD DE BINGHAM S = 2.75 ph= 10.6 D50 = 40 µm Mediciones Modelo de Krieger & Dougherty (1959) µ B / µ Cv Cv MAX = 0.61

46 EJEMPLO N 3 TENSIÓN DE FLUENCIA S = 2.75 ph= 10.6 D50 = 40 µm Mediciones Modelo de Heymann et al (2002) 500 τ F [Pa] = 0.52 Cv Cv MAX

47 EJEMPLO N 4 VISCOSIDAD DE BINGHAM S = 3.06 ph= 8.8 D50 = - Mediciones Modelo de Krieger & Dougherty (1959) µ B / µ Cv Cv MAX = 0.50

48 EJEMPLO N 4 TENSIÓN DE FLUENCIA S = 3.06 ph= 8.8 D50 = - Mediciones Modelo de Heymann et al (2002) 500 τ F [Pa] = 0.46 Cv Cv MAX

49 EJEMPLO N 5 VISCOSIDAD DE BINGHAM S = 2.61 ph= 9.0 D50 = - Mediciones Modelo de Krieger & Dougherty (1959) µ B / µ Cv MAX = 0.49 Cv

50 EJEMPLO N 5 TENSIÓN DE FLUENCIA S = 2.61 ph= 9.0 D50 = - Mediciones Modelo de Heymann et al (2002) 500 τ F [Pa] = 0.51 Cv Cv MAX

51 EJEMPLO N 6 VISCOSIDAD DE BINGHAM S = 2.63 ph= 10.7 D50 = 39 µm Mediciones Modelo de Krieger & Dougherty (1959) µ B / µ Cv Cv MAX = 0.64

52 EJEMPLO N 6 TENSIÓN DE FLUENCIA S = 2.63 ph= 10.7 D50 = 39 µm Mediciones Modelo de Heymann et al (2002) 500 τ F [Pa] = 0.48 Cv Cv MAX

53 AGRADECIMIENTOS Los autores expresan sus reconocimientos : Al Sr. Juan Carlos Rayo, Gerente Técnico de JRI Ingeniería por las facilidades y la cooperación otorgadas para este documento. A la Prof. Juana Galaz por la invitación cursada para presentar este trabajo.