Arcillas: problemas y soluciones en la operación de espesadores de relaves

(1)

Arcillas: problemas y soluciones en la operación de espesadores de

relaves

(2)

Para reflexionar…

(3)

¿QUE SON LAS ARCILLAS ?

ARCILLAS Y DIMENSIONAMIENTO ESPESADORES GEOMETALURGIA Y OPERACIÓN ESPESADORES DESAFIOS POR RESOLVER

2 1

3 4

A g e n d a

(4)

4

¿ Qué son la Arcillas ?

Arcilla, puede ser un término granulométrico como petrográfico, y desde esta última perspectiva y, como la mayoría de las rocas, están constituidas por un cierto número de diferentes minerales en proporciones variables, algunos de ellos con partículas muy pequeñas.

La palabra arcilla se emplea con referencia a un mineral de grano fino, terroso, que se hace plástico al ser mezclado con algo de agua.

Las técnicas de rayos X han demostrado que las arcillas están constituidas predominantemente por un grupo de sustancias cristalinas denominadas minerales de la arcilla y que son, en esencia, silicato alumínico hidratado.

En algunos de ellos, el aluminio es sustituido parcialmente por magnesio o hierro y los álcalis y

alcalinotérreos pueden estar presentes como constituyentes esenciales. Aunque una arcilla puede estar

formada por un único mineral de la arcilla, por lo general hay varios de ellos mezclados con otros minerales

tales como feldespatos, cuarzo y micas

(5)

5

La mayor parte de las propiedades físico-químicas de las arcillas derivan de su morfología laminar (filosilicatos) y pequeño tamaño de partícula (inferior a 2 micras), así como de las sustituciones isomórficas en las láminas que dan lugar a la aparición de carga en las mismas.

Los dos primeros factores conjugados producen, por una parte, un valor elevado de la superficie específica de estos materiales, y a la vez, la presencia de una gran cantidad de superficie activa, con enlaces no saturados. Por ello pueden interaccionar con muy diversas sustancias, en especial compuestos polares, entre los que el más importante es el agua.

Las consecuencias inmediatas son el comportamiento plástico en mezclas arcilla-agua con elevada proporción sólido/líquido y el hinchamiento o "sweling" con el desarrollo de propiedades reológicas en suspensiones acuosas.

La existencia de carga en las láminas se compensa, como ya se ha citado, con la entrada en el espacio interlaminar de cationes débilmente ligados y con estado variable de hidratación, que pueden ser intercambiados fácilmente mediante la puesta en contacto de la arcilla con una solución saturada en otros cationes, a esta propiedad se la conoce como capacidad de intercambio catiónico.

¿ Qué son la Arcillas ?

(6)

6

Arcillas al microscopio

(7)

Las arcillas tienen efecto en Vs y tensión de fluencia (tf), algunas formas de clasificar sus efectos:

Clasificación de la Vs :

Baja Vs, muestras bajo 7 (m/h)

Regular Vs, muestras entre 7 y 15 (m/h) Alta Vs, muestras sobre 15 (m/h)

Distribución de tensión de fluencia según Vs:

Hay muestras con alta Vs, que presentan tf del orden de muestras de baja Vs, estas son muestras donde

predominan arcillas / mineralogía compleja

Fengita (arcilla compleja para los ER)

Mineral con > contenido de Feng presentan < Vs

(8)

A g e n d a

¿QUE SON LAS ARCILLAS?

ARCILLAS Y DIMENSIONAMIENTO ESPESADORES GEOMETALURGIA Y OPERACIÓN DE ESPESADORES DESAFIOS POR RESOLVER

2 1

3 4

(9)

Arcillas y Dimensionamiento Espesadores de Relaves

División Radomiro Tomic 9

Variables claves para un buen dimensionamiento de espesadores

 N° de muestras

 Representatividad de las muestras

 Método de reconocimiento de arcillas de la muestra

 Pruebas de laboratorio vel sed y YS adecuadas

 Pruebas pilotos de espesamiento

Evaluar la muestra más compleja y su presencia en el plan minero,

para establecer los valores de diseño del espesador (área y el

factor K).

(10)

Pruebas de laboratorio y pilotos de espesamiento

División Radomiro Tomic

50 55 60 65 70 75

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

% Sólidos Descarga Espesador

Contenido de Arcillas, %

MPP

Sedimentación Alta Capacidad Diseño = 57%

Es muy importante reconocer la cantidad y tipo de arcillas presentes, ya que ellas determinarán el Cp alcanzable (recuperación de agua) y con ello el correcto dimensionamiento.

10

(11)

Pruebas Piloto de Espesamiento (5 y 10% de Arcillas)

Diseño: 57%

10% Arcillas

3% Esmectita

5% Arcillas

3% Esmectita

• Tipo y contenido de arcillas muestran por lo general grandes cambios en YS, Cp y VS.

• YS es muy relevante en el diseño y selección de los equipos de espesamiento. Hay que mirar bien valores extremos y su participación en plan minero.

11

(12)

Diseño de los Espesadores de Relave

Diseño

Espesadores de Relaves

Tipo Espesadores Convencional

N° Espesadores 2

Área Unitaria, m2/tpd 0,19 Diámetro Espesadores, m 110

% Sólidos Descarga 57

Torque Espesador, KNm 10.925

Tipo Descarga Por Gravedad

Con buenas pruebas (lab, piloto ) que consideren la información de Geometalúrgia es posible diseñar en forma segura los equipos de espesamiento. Lo complejo es establecer el óptimo económico.

12

(13)

Tipos de espesadores

(14)

Tipos de espesadores: Estructural

(15)

Tipos de espesadores: Operación

(16)

Tipos de espesadores: Operación

(17)

17

Diseño del Drive: Elección del factor K

17

Parámetro Nominales UNIDAD HCT HRT HDT Deep Cone

Área unitaria [m²/TPD] 5 1,5 0,2-1 < 0,2

Densidad del Sólido [t/m³] 1,2-1,5 1,5-2,7 2,7-4,0 > 4,0

Cp (Sólido en la descarga) % 45-55% 50-60% 60-75% 70-75%

FACTOR K RECOMENDADO [lbf/pie] 15-25 20-50 50-150 150-200

NOTA: INF.TEC DBS + INGENALSE

Liviano Estándar Pesado Extra Pesado

 



VALOR DEL K PARA TRATAMIENTO MÁXIMO

VARIABLE UNIDAD VALOR

Flujo Máximo OPTIMIZACIÓN [TPD] 57.000

Diámetro epesador [m] 100

Área Espesador [m2] 7.854

Área Unitaria CALCULADO [m2/TPD] 0,138 Densidad del Sólido VALOR PLANTA [t/m³] 2,7

Cp Salida EDR CDD [t/m³] 64%

(18)

Diseño del drive: Elección del factor K

y = 4357x2 - 5214x + 1609,89

0 20 40 60 80 100 120 140 160

60% 61% 62% 63% 64% 65% 66% 67% 68% 69% 70% 71% 72% 73% 74% 75% 76%

FACTOR K [LBF/PIE]

CP SALIDA EDR

FACTOR K - CP SALIDA ESPESADOR HDT

57,5

K = 57,5 x 1,3 = 75 [lbf/pie]

18

(19)

Diseño y tipo de rastras

19

• El perfil tubular de rastras es mejor si hay presencia de arcillas, ya que reduce la sedimentación de las mismas sobre la estructura Las rastras tienen por función:

• Mover los sólidos sedimentados hacia el punto de descarga

• Mantener un grado de fluidez en el espesador y asegurar la remoción hidráulica de los sólidos

• Aumentar la concentración de sólidos en la descarga, entregando canales para que se produzca la separación de fases en la zona de compresión

Mecanismo de accionamiento de Rastras:

El mecanismo de accionamiento de rastras, tiene por función entregar la fuerza necesaria para mover los brazos de las rastras y cuchillas contra la resistencia de los sólidos sedimentados

(20)

Diseño y tipos de feedwell: alta eficiencia

Un Feedwell de Alta Eficiencia debe cumplir:

• Que la floculación sea lo más eficiente posible (ahorro de floculante)

• Que los flóculos sean grandes y de la mayor densidad posible (> Velocidad de sedimentación) Para ello se cuida:

• La dilución en el feedwell (dilución auto y forzada)

• La distribución del shear rate en el feedwell (geometría)

• Tipo de floculante (reológico, para pulpas de cobre generalmente aniónico)

(21)

Convencional: tipo Fitch

(baja eficiencia floculación) Alta eficiencia: tipo vane, con veletas, paletas o álabes

Diseño y tipos de feedwell: alta eficiencia

(22)

A g e n d a

¿QUE SON LAS ARCILLAS?

ARCILLAS Y DIMESIONAMIENTO ESPESADORES GEOMETALURIA Y OPERACIÓN ESPESADORES DESAFIOS POR RESOLVER

2 1

3 4

(23)

Optimización de la operación de ERV

Variables de control (operacionales) Variables de entrada

(Característica de mineral alimentado)

Modelo geometalúrgico CP y LP

 Cantidad de Arcillas

 Tipo de Arcillas

 Vel sedimentación

 Yield Stress

Variables operacionales de control

 Flujo descarga ERV

 Flujo de alimentación ERV

 Dosis de floculante y tipo

 Dosis de coagulante

 Altura de rastra

 Uso de bba de recirculación

 Uso de ciclones de relaves, en caso que exista

Variable objetivo: Aumentar la rec de agua

 Maximizar nivel de agua

 Mantener torque en rangos adecuados

 Aumento de CP de descarga Variables de respuesta

(de interés)

Sistema de control experto Modelamiento multivariable Modelamiento de tratamiento basado

en variables geometalurgicas

(24)

Variables de entrada (Característica de mineral

alimentado)

Modelo geometalúrgico CP y LP

 Cantidad de Arcillas

 Tipo de Arcillas

 Vel sedimentación

 Yield Stress

Cuello de botella es la

recuperación

de agua

Modelo de tratamiento que con variables

geometalúrgicas relacionadas con

espesamiento

Geometalúrgia y planificación minera

P. diario P. semanal Plan mensual

Plan anual Plan trienal Plan Quinquenio

Desarrollo de pruebas de laboratorio geometalúrgicas

Desarrollo de modelo de

bloque geometalúrgico

Desarrollo de modelo de

proceso

Planificación minera metalúrgica

(25)

25

Modelo de bloque:

Tipo de arcilla predominante

Modelo de bloque:

Velocidad de sedimentación

Modelo de bloque:

YS 57

Geometalúrgia y planificación minera

(26)

La caracterización geometalúrgica nos permite planificar y tomar acciones previas al ingreso de mineral o a tomar acciones diseño frente a nuevos desafíos: p.e.: aumento en capacidad de tratamiento de la planta, cambios en balance de agua por restricciones ambientales (>

Cp), nuevas formas de depositar en tranque de relaves

Geometalúrgia y planificación minera

(27)

Control operacional de ERV

Variables de control (operacionales)

 Altura de cama

 Uso de turbinas para dilución

1 3 2

Cajón Alimentación

Ciclón

Relave final

(28)

Control operacional de ERV

 Altura de cama

 Uso de turbinas para dilución

Control de torque

Control de inventario ERV

Control de altura de cama

- Confiabilidad del equipo, estado de las rastras

- Confiabilidad de la instrumentación, si mido mal-actúo mal

(29)

Control operacional de ERV

 Altura de cama

Estándares operacionales

Bajo torque y alto nivel de agua

Alto torque y alto nivel de agua

Bajo torque y bajo nivel de agua

Alto torque y bajo nivel de agua

1 2 3 4

Condición ideal

Condición compleja

Condición altamente compleja

Uso de sistema de

control avanzado Sin uso sistema de

control avanzado Sin uso sistema de control avanzado

(30)

Control operacional de ERV: Alto torque y alto nivel de agua

IMPORTANTE:

La idea es actuar antes que los torques lleguen a niveles críticos

Variable Usar Acción

Ciclón de relave SI E/S

Bba de recirculación SI E/S

Izar rastra SI

Dosis de floculante SI BAJAR

Coagulante NO

Flujo alimentación SI BAJAR

Uso turbinas Depende

Inventario SI BAJAR

El uso de floculante, ayuda a la formación de flóculos que le dan mayor velocidad de sedimentación a las partículas, lo que genera una mayor tf (torque) cuando hay presencia de arcillas complejas.

(31)

Control operacional de ERV: Bajo torque y bajo nivel de agua

 Altura de cama

IMPORTANTE:

La idea es actuar antes que nivel de agua clara llegue a niveles críticos

Ciclón de relave NO

Bba de recirculación NO

Izar rastra NO

Dosis de floculante SI SUBIR

Coagulante SI

(32)

Control operacional de ERV: Alto torque y bajo nivel de agua

 Altura de cama

IMPORTANTE:

Si las arcillas son complejas y la confiabilidad del espesador no es muy alta, la prioridad la tienen el control de torque y el control de nivel pasa a segunda prioridad.

Ciclón de relave NO

Bba de recirculación NO

Izar rastra NO

Dosis de floculante SI BAJAR

Coagulante NO CORTAR

Inventario SI BAJAR

Ayuda a ambas variables: torque y nivel de agua

(33)

A g e n d a

¿QUE SON LAS ARCILLAS

ARCILLAS Y DIMENSIONAMIENTO ESPESADORES GEOMETALURGIA Y OPERACIÓN ESPESADORES VARIABLES QUE AFECTAN LA OPERACIÓN DESAFIOS POR RESOLVER

2 1

3 4 5

(34)

Próximos desafíos

 Mejorar instrumentación, flujómetro alimentación y densímetros

 Mejorar calidad de agua de over ciclones ERV

 Conectar la geometalúrgica de la mina con la operación planta en tiempo real

 Modelos multivariables AA

 Modelo de tratamiento en función de variables de espesamiento

 Reómetro en línea

 Encontrar un modificador reológico que permita mejorar condición de alto YS

 Buscar un floculante que no suba tanto el YS

(35)

(36)

Arcillas, problemas y soluciones en la operación de espesadores de relaves

Jorge Montero Torres Paulina Quijanes Cañete

Abril 2021

(37)

37 37

Daños Estructurales Altos Torques

Cp<60% Baja

Recuperación de Agua

ARCILLAS: Influyen en la sedimentación y reología de los

relaves…..afectando directamente Vs y la estabilidad operacional

(altas tensiones de fluencia)

(38)

COMO EFECTAN LAS ARCILLAS LA OPERACIÓN DE LOS ER

En general mayores valores de concentración de descarga (Cp) en espesadores industriales coincide con menores valores de tensión de fluencia

Como describimos anteriormente las arcillas tienen un rol relevante en la definición del tipo y características de los ER, además de influenciar directamente en la operación de estos equipos.

Algunas variables de operación y el efecto de las arcillas:

• Tensión de fluencia y Cp descarga ER

(39)

• Tipos de arcillas y su efecto en Vs, tf y Cp descarga ER

Muscovita:

Mayor contenido de muscovita influiría en una menor velocidad de sedimentación.

Caolinita:

Mayor contenido de Caolinita influiría en una mayor tensión de fluencia.

Mayor contenido de Caolinita influiría en

una menor concentración de sólidos.

(40)

• Tensión de fluencia y torque ER

Mayores Torques están asociados con mayores valores de Tensión de fluencia (Cp 60%).

De acuerdo a diseño, Tf max debe estar en 40 Pa, los resultados indican valores superiores que están asociados a los altos

valores de torque obtenidos en la operación (data para espesadores de DMH)

(41)

• Tratamiento planta vs tensión de fluencia y velocidad de sedimentación

Se observa una correlación entre mayor tratamiento y parámetros metalúrgicos favorables (mayor velocidad

sedimentación y menor tensión de fluencia)

(42)

• Tensión de fluencia y torque ER

Pulpas más complejas en reología (> tf), tienden a ser más complejas

en velocidad de sedimentación (< Vs)

(43)

Importancia de la geometalúrgia

N11.000

N10.000

N9.000 ARCILLAS %

Banco 2510

Pit 2055

Topo Mayo 2015 Techo Roca Techo de Sulfuros Pit 2022 Pit 2055