Dimensionamiento Planta Concentradora de Sulfuros de Cobre

Transcripción

1 Departamento de Ingeniería en Minas Facultad de Ingeniería Curso: Dimensionamiento Planta Concentradora de Sulfuros de Cobre Universidad de Santiago Hernán Vives Navarro Diciembre 2013

2 Alcance Factores y parámetros de diseño para dimensionar equipos de procesos. Metodología para el dimensionamiento (algunos ejemplos). Factores técnicos o indicadores claves para el desempeño del negocio minero (KPI).

3 Otros Temas

4 Alcance División Andina

5 Circuito Molienda SAG Chancador Primario Molino SAG Chancado de Pebbles Harnero Molino de Bolas Hidrociclón Circuito Molienda Unitaria Chancador Secundario - Terciario. Balance de Masa Circuito de Flotación Contenidos Balance de finos Dimensionamiento de Celdas de Flotación Espesador de Concentrado/Relave Filtro

6 Circuito Molienda SAG Molienda SAG Chancador Primario SAG Molino de Bolas Flotación

7 Circuito Molienda SAG

8 Circuito Molienda SAG

9 Circuito Molienda SAG

10 Chancador Primario Gráfico de Distribución Granulométrica Material ROM Tamaño (mm)

11 Chancador Primario Chancador de Mandíbula Chancador Giratorio

12 Chancador Primario Metodología de selección de Chancador Giratorio (Manual Metso)

13 Chancador Primario Metodología de selección de Chancador Giratorio DESCRIPCIÓN Valor Unidad Tonelaje medio tpd Porcentaje de Utilización 70 % Horas por día 24 h Capacidad de tratamiento 5952 t/h Setting de Operación (OSS) 7 pulgada Modelo de chancador 60x110 pulgada Capacidad Catálogo Chancador 5575 t/h CORRECCIÓN POR FINOS Valor Unidad 1/2 OSS 3.5 Pulgadas 1/2 OSS 88.9 mm Pasante acumulado de finos 37.2 % Flujo de finos 2214 t/h Flujo de chancado efectivo 3738 DIMENSIONAMIENTO CHANCADOR Valor Unidad N de Chancadores requeridos 0.7 Unidades N de Chancadores a instalar 1.0 Unidades Potencia de Chancador 750 KW 1000 HP Tolva de descarga 1.5 camiones

14 Chancador Primario Granulometría ROM Tamaño Pasante Pulgadas mm % F80 (micrones)

15 Chancador Primario Gráfico de Distribución Granulométrica Producto Chancador Giratorio Tamaño (mm)

16 Chancador Primario Metodología de selección de Chancador de Mandíbula (Manual Metso)

17 Chancador Primario SISTEMA CHANCADO - STOCKPILE

18 Chancador Primario SISTEMA CHANCADO - STOCKPILE

19 Chancador Primario SISTEMA CHANCADO - STOCKPILE

20 Chancador Primario SISTEMA CHANCADO - STOCKPILE

21 Molino SAG De acuerdo a lo que se plantea en el libro Diseño y Simulación de Circuitos de Molienda y Clasificación, el método de diseño de molinos de Bond no es satisfactorio para molinos SAG, debido a que está basado en información empírica de molinos de bolas y barras en los que la razón diámetro/largo es muy diferente y en los que la acción de fractura y la potencia son controladas solamente por la carga de los medios de molienda. El método que se usa actualmente para diseñar estos molinos requiere un número extenso de experiencias en un molino piloto de geometría similar a la del molino requerido. En forma adicional, el conocimiento del proceso de fractura en un molino SAG permitiría un mejor enfoque de los problemas asociados al diseño y operación del molino, especialmente en relación a los procedimientos de control necesarios para dar una operación estable.

22 Molino SAG Gráfico de Distribución Granulométrica ROM Gráfico de Distribución Granulométrica Entrada Molienda SAG Tamaño (mm) Tamaño (mm)

23 Molino SAG Potencia Neta Molino SAG Para determinar el requerimiento de potencia de un molino SAG, se utiliza, entre otras, una ecuación que correlaciona las dimensiones y condiciones de operación (modelo simple de Hogg y Fuerstenau). P net * P gross 0.238* D 3.5 * L D * N c * ap *( )* J 2 * sen Donde: Pgross: consumo bruto de potencia del molino (Kw) η: eficiencia de energía y potencia de transmisión ( /1) D: diámetro interior del molino (pies) L: largo interior del molino (pies) Nc: velocidad de rotación como fracción de la velocidad crítica ( /1), N crit = 76.6/D 0.5 ρap: densidad aparente del mineral (t/m3) J: nivel aparente de llenado, /1, incluyendo espacios intersticiales α: ángulo de levante del centro de gravedad de la carga respecto a la vertical (35 a 40 )

24 Molino SAG Moly-Cop Tools TM SAG MILL POWER ESTIMATION Hogg & Fuerstenau Model Remarks Example : 40'f x 26' SAG Mill. Mill Power, kw Mill Dimensions and Operating Conditions Balls Diameter Length Mill Speed Charge Balls Interstitial Lift 3350 Rocks ft ft % Critical Filling,% Filling,% Slurry Filling,% Angle, ( ) 1994 Slurry Net Total rpm % Losses Gross Total % Solids in the Mill Charge Mill Charge Weight, tons Apparent Ore Density, ton/m Volume, Ball O size Interstitial Density Slurry Density, ton/m m3 Charge Rocks Slurry ton/m3 Balls Density, ton/m

25 Molino SAG Gráfico de Distribución Granulométrica Descarga SAG

26 Chancado de Pebbles Dimensionamiento Carga circulante pebbles (por ejemplo: 15% a 30%). Se dimensiona considerando el tonelaje de la carga circulante. En la practica se agrega un equipo stand-by, para operar molienda y chancado en forma continua (disponibilidad de chancado < disponibilidad de molienda).

27 Benchmarking SAG FAENA Cant. Tipo Tamaño (pie) Potencia (HP) MOLIENDA SAG MOLIENDA SECUNDARIA (BOLAS) CHANCADO DE PEBBLES Tratamiento (tpd) CEE (Kwh/tph) Cant. Tamaño (pie) Potencia (HP) Wi (Kwh/tcorta) Razón de Potencia (Bolas SAG) Cant. Tipo Tamaño (pie) Potencia (HP) TENIENTE 1 Gear-Less 36x15 15, x28 2x H8000 4x800 SABC-B TENIENTE(ACB) 1 Gear-Less 38x20 26, x36 2x PELAMBRES 2 Gear-Less 36x17,5 2x x33,5 4x MP SABC-A PELAMBRES(Proyecto) 11 LOS BRONCES 1 Piñón 28x14 7, ,7x28 6, Cabeza Corta 7 3x350 SABC-A 1 Piñón 34x17 14, ,7x28 6, Piñón 24,5x35 14, ESCONDIDA Fase 0 2 Piñón 28x14 2x , x24,5 2x Cabeza Corta SABC-A ESCONDIDA Fase 1 2(Existente) 44, (Nuevo) 18x24,5 3x ESCONDIDA Fase 2 2(Existente) 56, (Nuevo) 18x24,5 4x ESCONDIDA Fase 3 1(Nuevo) Piñón 36x17,5 18, (Nuevo) 2(20x33) 2x ESCONDIDA Fase3,5 3(Existente) 74, (Nuevo) 1(24x34,5) 1x ESCONDIDA Fase 4 1(Nuevo) Gear-Less 38x20 26, , (Nuevo) 24x36 3x ????? COLLAHUASI(Expansión) 2 Piñón 32x15 2x x35 2x MP800 2X800 SABC-A COLLAHUASI 1 Gear-Less 40x22 28, x38 2X CHUQUICAMATA(A2) 2 Gear-Less 32x15 2x , x26 4x MP800 2x800 SABC-A CHUQUICAMATA(Integrado) 78, x1.750 CANDELARIA 2 Gear-Less 36x15 2x x30 4x Cabeza Corta 7 3x350? ANDINA 1 Gear-Less 36x15 16,000 37, x30,5 2x Cabeza Corta 7 2x400 MIXTO ANDINA PDA Fase I 1(Existente) Gear-Less 36x15 16,000 47, (Nuevo) 24x34 10, Cabeza Corta 7 3x400 MIXTO Tipo de Circuito

28 Harnero Dimensionamiento El valor de descarga del SAG corresponde al tonelaje instantáneo del proceso más la carga circulante del chancador de pebbles (p.e: 30%). La carga de alimentación del harnero, se obtiene del sobretamaño del trommel (por ejemplo: si el bajo tamaño trommel es 40%, este valor corresponde a 60%). En la practica se agregan equipos stand-by (por ejemplo el doble de lo estimado).

29 Circuito Molienda SAG - Bolas

30 Molino de Bolas La Tercera Ley de la Conminución (Bond, 1952): La energía consumida para reducir el tamaño de 80% de un material, es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del tamaño 80% ; siendo este último igual a la abertura del tamiz (en micrones) que deja pasar el 80% en peso de las partículas. Es decir: E B K B *( 1 d p 1 d f ) Donde: EB: consumo de energía especifica (kwh/tc). KB: parámetro de Bond dp: tamaño 80% pasante del producto (um) df: tamaño 80% pasante de la alimentación (um)

31 Molino de Bolas Bond definió el parámetro KB en función del WI (kwh/tc), que corresponde a la energía necesaria para reducir el tamaño de una partícula de mineral desde infinito (df= ) hasta dp=100 um (67% -200 mallas). Cada mineral tiene una energía distinta (se reconoce como dureza del mineral). 1 1 W 10 * WI ( P 80 F 80 ) Donde: KB: parámetro de Bond=10*Wi

32 Molino de Bolas Para determinar la potencia mecánica neta demandada por el molino (kw), y de esta forma el tamaño requerido de equipo, se utiliza la siguiente relación: P W * m C p Cp: capacidad de tratamiento por hora del molino (tcph) Para calcular la potencia eléctrica requerida a la entrada del motor, se utiliza la siguiente relación: P e P m η: corresponde al factor de eficiencia del motor (pérdidas eléctricas y mecánicas).

33 Molino de Bolas Para un molino de bolas, el consumo de potencia eléctrica requerida a la entrada del motor se obtiene con la siguiente ecuación: P e K B *( D) 3,5 *(% V P ) *(% C S ) * L D Donde: Pe: potencia eléctrica requerida a la entrada del motor (HP). D: diámetro interno del molino (pies). L: Longitud interna del molino (pies). %Vp: porcentaje del volumen interno del molino cargado con bolas. %Cs: porcentaje de la velocidad crítica. KB: constante de proporcionalidad (valor que depende del tipo de molino seleccionado) KB=4,365 E-5.

34 Molino de Bolas Moly-Cop Tools TM BOND'S LAW APPLICATION Conventional Ball Mill Sizing GRINDING TASK : Ore Work Index, kwh/ton (metric) 13,6 Specific Energy, kwh/ton 7,42 Feed Size, F80, microns 5000 Net Power Requirement, kw Product Size, P80, microns 212 Number of Mills for the Task 2 Design Throughput, ton/hr 2216 Net kw / Mill 8219 MILL DESIGN PARAMETERS AND OPERATING CONDITIONS : Power, kw 6499 Balls Diameter Length Mill Speed Charge Balls Interstitial Lift 692 Overfilling ft ft % Critical Filling,% Filling,% Slurry Filling,% Angle, ( ) 1038 Slurry 22,00 35,00 74,00 38,00 30,00 100,00 34, Net Total L/D rpm 5,0 % Losses 1,59 12, Gross Total % Solids in the Mill 75,00 Charge Charge Weight, tons Apparent Ore Density, ton/m3 2,60 Volume, Ball Slurry Density Slurry Density, ton/m3 1,86 m3 Charge Interstitial above Balls ton/m3 Balls Density, ton/m3 7,75 143,45 526,63 84,13 56,09 4,648

35 Molino de Bolas Para obtener las dimensiones del molino de bolas se requiere calcular lo siguiente: CEE, a través de la fórmula de Bond. Con el CEE y el valor de tonelaje de la alimentación fresca se calcula la potencia total requerida para conseguir el P80. Por cada Molino SAG se requieren dos Molinos de Bolas, idealmente. Para conocer la potencia por molino, se divide la potencia total por dos molinos. Se busca un equipo disponible en el mercado para hacer la prueba en el Moly-Cop Tools (MT). Después de ejecutar las simulaciones, con la información de los parámetros (p.e: Velocidad crítica, % de descarga molino, llenado de bolas), se determina el molino que mejor se adapta para cubrir los requerimientos de potencia del proyecto u operación. Este mismo procedimiento se ejecuta para dimensionar el molino SAG, esta vez con el CEE el test de Starkey y la alimentación fresca (tph). Como resultado se obtiene una potencia neta, la cual se compara con la del programa de MT.

36 Molino de Bolas Moly-Cop Tools TM BOND'S LAW APPLICATION Conventional Ball Mill Sizing GRINDING TASK : Ore Work Index, kwh/ton (metric) 13,6 Specific Energy, kwh/ton 7,42 Feed Size, F80, microns 5000 Net Power Requirement, kw Product Size, P80, microns 212 Number of Mills for the Task 2 Design Throughput, ton/hr 2216 Net kw / Mill 8219 MILL DESIGN PARAMETERS AND OPERATING CONDITIONS : Power, kw 6499 Balls Diameter Length Mill Speed Charge Balls Interstitial Lift 692 Overfilling ft ft % Critical Filling,% Filling,% Slurry Filling,% Angle, ( ) 1038 Slurry 22,00 35,00 74,00 38,00 30,00 100,00 34, Net Total L/D rpm 5,0 % Losses 1,59 12, Gross Total Cuando la potencia neta por equipo que entrega MT es muy parecida a la potencia neta calculado por Bond (8219 kw y 8229 kw) el análisis queda concluido. % Solids in the Mill 75,00 Charge Charge Weight, tons Apparent Ore Density, ton/m3 2,60 Volume, Ball Slurry Density Slurry Density, ton/m3 1,86 m3 Charge Interstitial above Balls ton/m3 Balls Density, ton/m3 7,75 143,45 526,63 84,13 56,09 4,648 A la potencia neta se le incorporarán las pérdidas, obteniendo la potencia bruta. De esa forma, se determina la potencia por equipo.

37 Diagrama Balance SAB-C Alim. Pebbles Rebose HC=Alim. Fresca Alimentación Total = Alim. Fresca + Pebbles Alim. Harnero= 60% * Alim. Total Alim. Pebbles = 30% * Alim. Fresca Descarga Trommel = 40% * Alim. Total Descarga Har.= Alim. Har Alim. Pebbles Alim. HC=Alim. Fresca*(1+C.C%) Descarga HC=Descarga Molinos= Alim. HC-Rebose HC

38 Hidrociclón 32% 75% 75% 55%

39 Circuito Molienda SAG Chancador Primario Molino SAG Chancado de Pebbles Harnero Molino de Bolas Hidrociclón Circuito Molienda Unitaria Chancador Secundario - Terciario. Balance de Masa Circuito de Flotación Contenidos Balance de finos Dimensionamiento de Celdas de Flotación Espesador de Concentrado/Relave Filtro

40 Circuito Molienda Unitaria Molienda Unitaria Chancador Primario Chancador Secundario Chancador Terciario Molino de Bolas Flotación

41 Circuito Molienda Unitaria 70 KTPD 140 KTPD Mineral CHS 70 KTPD Chancado 2 / 3 Flotación 70 KTPD Flotación 70 KTPD Molienda Unitaria Molienda Unitaria

42 Chancador Secundario - Terciario Chancador de Cono (Metso)

43 Chancador Secundario - Terciario Metodología de selección de Chancador de Cono (Manual Metso)

44 Chancador Secundario - Terciario

45 Balance Sistema de Chancado

46 Balance Sistema de Chancado Nominal Instantáneo Diseño Otros Número de Flujo Descripción Unidad Alimentación Chancado Primario Producto Chancado Primario Alimentación Harnero Secundario Colección Producto Secundario Bajo Tamaño Harnero Secundario Alimentación Chancador Secundario Producto Chancador Secundario Alimentación Harnero Terciario Alimentación Chancador Terciario Bajo Tamaño Harnero Terciario Sólidos Secos t/h Flujo Agua Total m3/h m3/h Sólidos Peso, Humedo t/h Sólidos Secos t/h Flujo Agua Total m3/h m3/h Sólidos Peso, Humedo t/h Sólidos Secos t/h Flujo Agua Total m3/h m3/h Sólidos Peso, Humedo t/h Densidad t/m Humeda, Base Seca % 2.55% 2.55% 2.55% 2.55% 2.55% 2.55% 2.55% 2.55% 2.55% 2.55% 2.55% Factor de Diseño % 15% 15% 15% 15% 15% 15% 15% 15% 15% 15% 15% Disponibilidad % 75% 75% 75% 75% 75% 75% 75% 75% 75% 75% 75% Producto Chancador Terciario

47 Circuito Molienda SAG Chancador Primario Molino SAG Chancado de Pebbles Harnero Molino de Bolas Hidrociclón Circuito Molienda Unitaria Chancador Secundario - Terciario. Balance de Masa Circuito de Flotación Contenidos Balance de finos Dimensionamiento de Celdas de Flotación Espesador de Concentrado/Relave Filtro

48 Circuito de Flotación Producto Molienda Flotación Primaria Espesamiento Relaves Flotación 1ª Limpieza Flotación 1er Barrido Flotación 2do Barrido Remolienda Molinos Verticales Espesamiento y Filtrado Concentrado Flotación 2ª Limpieza 85 m3 x 3 celdas

49 Circuito de Flotación Balance de Finos Balance Finos Alimentación Concentrado Recuperación Tph Ley (%) Fino (tph Cu) Tph Ley (%) Fino (tph Cu) Tph Ley (%) Fino (tph Cu) % Primaria % % % % 1 Limpieza % % % % 2 Limpieza % % % % Global Limpieza % % % % 1 Barrido % % % % 2 Barrido % % % % Global Barrido % % % % Global % % % % Relave

50 Circuito de Flotación Primaria Remolienda 1 Limpieza Balance de Finos % DE RELAVES 97% 1472 tph sólido 4393 m3/h pulpa 5315 tph pulpa Datos relave Dens. Sólido 2.66 Cp 28% Dens. Pulpa Barrido 2 Barrido 94 2 Limpieza 39.3 tph sólido m3/h pulpa tph pulpa Datos Concentrado Dens. Sólido 4.34 Cp 23% Dens. Pulpa 1.22

51 Circuito de Flotación Dimensionamiento de Celdas

52 Circuito de Flotación Dimensionamiento de Celdas Seleccionar tamaño de celda (ejemplo catálogo Metso). Tiempo de residencia óptimo de flotación (rougher, cleaner y scanvenger). Parámetros de pruebas. Volumen útil o efectivo de la celda. En este caso, al volumen efectivo informado se le debe restar el volumen de aire (holdup de gas). Ejemplo celda de 300 m3 = 270 m3. Cálculo de caudal circuito (m3/min). Q P Q S Q L GS S G C S P *(1 CP) Donde: Qp: flujo volumétrico de pulpa (m3/min) Gs: tratamiento de planta por día (ton) ρs: densidad del mineral (ton/m3) Cp: porcentaje de sólido (%)

53 Circuito de Flotación Dimensionamiento de Celdas Volumen total del tipo de circuito (Caudal circuito * el tiempo de residencia). Elegir el tamaño que entrega un número de celdas igual o superior a 4 unidades por banco, esto para evitar pérdidas de recuperación por cortocircuitos. Usualmente se utilizan en torno a 9 celdas por banco. Número de bancos y celdas para el circuito.

54 Circuito de Flotación Dimensionamiento de Remolienda Balance de Finos Remolienda Alim. Fresca de Conc Alim. a HC=Alim. Fresca de Conc*(1+C.C%) Alim. a Remolienda=Alim. HC-Alim. Fresca de Conc. Alim. a Remolienda Alim. Fresca de Conc

55 Circuito Molienda SAG Chancador Primario Molino SAG Chancado de Pebbles Harnero Molino de Bolas Hidrociclón Circuito Molienda Unitaria Chancador Secundario - Terciario. Balance de Masa Circuito de Flotación Contenidos Balance de finos Dimensionamiento de Celdas de Flotación Espesador de Concentrado/Relave Filtro

56 Espesador de Concentrado/Relaves Dimensionamiento Una vez obtenido el tonelaje de concentrado por día en el balance, usando el área unitaria (p.e: 0,5 m2/tpd para concentrado y 0,2 m2/tpd para relave), se calcula el área requerida (m2). Se selecciona un espesador por catálogo y se determina el área del espesador (usando el área de una circunferencia). Relaves/Concentrado Espesador A Sist. Agua Recuperada

57 Espesador de Concentrado/Relaves Dimensionamiento Espesador de Concentrado

58 Espesador de Concentrado/Relaves Dimensionamiento Espesador de Relaves Bases de Cálculo Valor Unidad Alimentación de Relaves ,3 tpd Factor de Diseño 1,0 /1 Alimentación de Diseño ,3 tpd Área Unitaria 0,2 m2/tpd Área requerida m2 Dimensionamiento Valor Unidad Diámetro Espesador 128 m Área por espesador m2 N de Espesadores 3,1 Unidad N de Espesadores 4 Unidad

59 Espesador de Concentrado/Relaves

60 Espesador de Concentrado/Relaves

61 Circuito Molienda SAG Chancador Primario Molino SAG Chancado de Pebbles Harnero Molino de Bolas Hidrociclón Circuito Molienda Unitaria Chancador Secundario - Terciario. Balance de Masa Circuito de Flotación Contenidos Balance de finos Dimensionamiento de Celdas de Flotación Espesador de Concentrado/Relave Filtro

62 Filtro Bases de Cálculo Valor Unidad Alimentación Concentrado 2606,5 tpd Factor de Diseño 1,0 /1 UE 80% Alimentación de Diseño 135,8 tph Tasa de Filtrado 450 kg/m2*h Área Requerida 301,7 m2 Dimensionamiento Valor Unidad Área por Filtro 144,0 m2/filtro N de Filtros 2,1 Unidad N de Filtros 3,0 Unidad

63 Filtro

64 Filtro

65 Departamento de Ingeniería en Minas Facultad de Ingeniería Curso: Dimensionamiento Planta Concentradora de Sulfuros de Cobre Universidad de Santiago Hernán Vives Navarro Diciembre 2013