UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIEROA GEOLOGIA MINERA Y METALURGICAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA METALURGICA
MANEJO Y OPERACION DEL PROCESO DE CIANURACION
DE ORO EN PILAS Y PRECIPITACION EN PLANTA MERRILL
CROWE
INFORME DE SUFICIENCIA
PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO METALURGISTA
PRESENTADO POR:
MARCO BILBAO ARAUCO
DEDICATORIA
RESUMEN
El presente informe describe el diseño y la operación de una planta típica de Lixiviación en Pilas y precipitación por el método Merrill Crowe para el tratamiento de 52 millones de toneladas de mineral con una ley promedio de 0.56 g/t.
Se tiene proyectado producir 650 mil onzas aproximadamente durante los 5 años de vida útil del proyecto a un costo de 250 dólares por onza de oro producida. Para el diseño se ha tomado como base el Estudio de un proyecto minero del Sur del país y parámetros operativos utilizados normalmente para este proceso.
INDICE
Pág.
INTRODUCCION ... 11
1 CAPITULO I MARCO TEORICO ... 14
1.1 Minerales de Oro: ... 14
1.2 Proceso de Lixiviación: ... 16
1.2.1 Disolución de oro y plata ... 18
1.3 Proceso de Precipitación: ... 20
1.4 Hidráulica en Tuberías ... 26
1.4.1 Régimen Hidráulico Número de Reynolds: ... 28
1.4.2 Perdidas por fricción Rugosidad absoluta ks: ... 30
1.4.3 Coeficiente de perdida menores km ... 32
1.4.4 Potencia requerida: ... 33
1.4.5 Bombas en sistemas de Tuberías: ... 33
1.4.6 Limitaciones en la altura de succión Cavitación: ... 34
2 CAPITULO II DISEÑO Y OPERACIÓN DEL PROCESO ... 36
2.1 Pilas de Lixiviación ... 38
2.1.1 Diseño ... 38
2.1.2 Construcción ... 52
2.1.3 Operación y Control de las Pilas de Lixiviación ... 65
2.2 Planta Merrill Crowe ... 81
2.2.1 Clarificación ... 83
2.2.2 Desoxigenación: ... 85
2.2.4 Recuperación del Precipitado ... 87
2.2.5 Reactivos del Proceso ... 89
2.2.6 Cosecha: ... 90
2.2.7 Fundición ... 91
2.3 Manejo Ambiental ... 92
2.3.1 Pozas de Monitoreo de las líneas de Sub-drenaje de las Pilas de Lixiviación ... 93
2.3.2 Plan de Contingencias ... 94
3 CAPITULO III ESTUDIO ECONOMICO ... 96
3.1 Estudio de Mercado ... 96
3.1.1 Oferta ... 96
3.1.2 Demanda ... 101
3.2 Análisis de rentabilidad económica del Proyecto ... 104
3.2.1 Calculo del VANE, TIRE y B/C ... 105
4 CONCLUSIONES ... 107
5 BIBLIOGRAFIA ... 109
6 ANEXOS ... 110
INDICE DE TABLAS
Tabla N° 1-1 Minerales de Oro comunes y raros (Bibliografía [6]) ... 15
Tabla N° 1-2 Valores de la rugosidad Absoluta (ks) para diferentes materiales utilizados en la fabricación de tuberías. ... 31
Tabla 1-3 Coeficiente de pérdidas en accesorios de tuberías. ... 32
Tabla N° 2-1 Criterios generales para diseño del proceso de lixiviación. ... 39
Tabla N° 2-2 Parámetros de construcción de la Pila de lixiviación. ... 40
Tabla N° 2-3 Parámetros de Lixiviación. ... 42
Tabla N° 2-4 Parámetros de Poza de solución rica (PLS) e Intermedia (ILS) ... 43
Tabla N° 2-5 Parámetros de Poza de Mayores Eventos. ... 44
Tabla N° 2-6 Parámetros de llenado y operación de la pila. ... 51
Tabla N° 2-7 Parámetros necesarios para el cálculo del diámetro de la tubería. .... 71
Tabla N° 2-8 Hoja de cálculo para la selección del diámetro adecuado para el diseño requerido. ... 71
Tabla N° 2-9 Resultados del cálculo de diámetro. ... 72
Tabla N° 2-10 Datos para el cálculo del coeficiente de fricción. ... 72
Tabla N° 2-11 Calculo del coeficiente de fricción utilizando el método de Newton Raphson. ... 73
Tabla N° 2-12 Coeficiente de Fricción. ... 73
Tabla N° 2-13 Datos para el cálculo de la capacidad de la bomba necesaria para el sistema. ... 74
Tabla N° 3-1 Tabla de detalle del tiempo de duración de cada etapa del proyecto. 98 Tabla N° 3-2 Plan de producción para el primer año de operación del proyecto. ... 98 Tabla N° 3-3 Producción detallada por año del proyecto. ... 99 Tabla N° 3-4 Posición del Perú en los rankings de producción minera. ... 100 Tabla N° 3-5 Estadística de precios desde el año 1995 (Datos INEI) ... 103 Tabla N° 3-6 Cuadro de producción estimada en Onzas de Oro para cada año del proyecto y sus respectivos ingresos y costos estimados... 105
INDICE DE FIGURAS
Figura N° 1-1 Representación esquemática del mecanismo de precipitación de oro sobre partículas de zinc. Note que las semi – reacciones anódica y catódica tienen
lugar en distintos sitios. (Bibliografía [4]) ... 20
Figura N° 1-2 Diagrama de pourbaix para el sistema Zn-H2O-CN, además de un equilibrio de Au-H2O-CN baja concentración de Zn. (Bibliografía [4]) ... 23 Figura N° 1-3 Diagrama de pourbaix para el sistema Zn-H2O-CN, además de un equilibrio de Au-H2O-CN mediana concentración de Zn. (Bibliografía [4]) ... 23
Figura N° 1-4 Diagrama de pourbaix para el sistema Zn-H2O-CN a 25°C, además
de un equilibrio de Au-H2O-CN 25°C, alta concentración de Zn. (Bibliografía [4]) 23
Figura N° 1-5 Forma general de las curvas de polarización para la precipitación de oro con zinc. Note que la curva catódica está compuesta por tres segmentos
correspondientes a tres reacciones distintas. (Bibliografía [4]) ... 26
Figura N° 1-6 Régimen laminar y régimen turbulento de un fluido. ... 30 Figura N° 2-1 Diagrama de Flujo general del Proceso. ... 37 Figura N° 2-2 En esta figura se muestra el área seleccionada para la construcción de la Pila de lixiviación y la planta de procesos. ... 45
Figura N° 2-3 Se muestra el levantamiento geotécnico de la zona de construcción y los límites de construcción de la pila, las pozas y la planta. ... 46
Figura N° 2-4 Detalle del diseño y simulación de llenado de las Pilas de lixiviación las pozas y la planta. ... 47
Figura N° 2-5 Detalle de diseño de las líneas de sub-drenaje para la pila de
Figura N° 2-6 Detalle típico de conexión de las tuberías de sub-drenaje. ... 49 Figura N° 2-7 Detalle del revestimiento de la pila de lixiviación y los sub-drenajes. ... 49 Figura N° 2-8 Detalle de las líneas de tubería de colección de la solución Rica. .. 50 Figura N° 2-9 Detalle típico de la tubería de colección principal. ... 50 Figura N° 2-10 Detalle típico de apilamiento de mineral. ... 51 Figura N° 2-11 Configuración típica del retiro de mineral. ... 51 Figura N° 2-12 Vista de una pila de lixiviación adaptada a la geografía de la zona. ... 53 Figura N° 2-13 Tractor D6H trabajando en la remoción de la capa superficial de material. ... 54
Figura N° 2-14 Vista de la zona desbrozada de la Pila. ... 54 Figura N° 2-15 Equipo de Termofusión para el soldado de tuberías de HDPE. ... 61 Figura N° 2-16 Vista de la construcción de la línea de detección de fugas de la poza ILS. ... 63
Figura N° 2-22 Vista de las 3 bombas necesarias para el sistema de riego. ... 75 Figura N° 2-23 Vista de una zona instalada lista para el riego. ... 76 Figura N° 2-24 Vista de la poza PLS en plena prueba hidráulica antes de su puesta en operación. ... 78
Figura N° 2-25 Vista del recubrimiento con geo-membrana de la poza ILS o de solución intermedia. ... 79
Figura N° 2-26 Vista general del área de la planta Merrill Crowe y las pozas de solución. ... 81
Figura N° 2-27 Vista del diseño de la planta en AutoCAD (diseño propio). ... 83 Figura N° 2-28 Vista de los filtros clarificadores y las líneas de tuberías de ingreso y salida. ... 85
Figura N° 2-29 Torre de Vacío en pleno montaje al lado la bomba de vacío SIHI de 40HP. ... 86
Figura N° 2-30 Bomba de precipitación de 125 HP. ... 87 Figura N° 2-31 Filtros prensa Marca DURCO recién instalados. ... 88 Figura N° 2-32 Bandejas de acero inoxidable utilizadas para realizar la cosecha del precipitado. ... 91
Figura N° 2-33 Vista de la planta de destrucción de cianuro y la poza de mayores eventos. ... 95
Figura N° 3-1 Estadística de producción de oro del año 2010. ... 99 Figura N° 3-2 Participación en la producción mundial de oro del año 2010. ... 101 Figura N° 3-3 Principales consumidores de oro en el mundo de la producción peruana. ... 102
Nomenclatura Área: m2
Volumen: m3
Aceleración Gravitatoria: g
Presión en tuberías: P en Pascales Densidad del fluido: ρ
Velocidad característica de un fluido: V en m3/s Viscosidad dinámica de un fluido: μ
Viscosidad Cinemática de un fluido: ѵ Número de Reynolds: Re
Diámetro de tubería: d Rugosidad Absoluta: Ks
Coeficiente de perdidas menores en accesorios de tubería: Km Energía por unidad de peso perdida en el accesorio: hm Potencia: P en Kw-h.
Eficiencia de un motor: η Caudal: Q en m3/s Altura de Bombeo: Hm
INTRODUCCION
En estos últimos años el crecimiento de la actividad minera en el país ha tenido grandes avances dentro de estas actividades podemos fijar al proceso de lixiviación en pilas y precipitación en planta Merrill Crowe (MC), proceso que resulta bastante practico para yacimientos con alto contenido de plata. Es bastante práctico y tiene unos costos de producción por onza bastante bajos el cual va disminuyendo con el aumento de la cantidad tratada de mineral.
control de las operaciones del proceso de lixiviación en pilas y precipitación de Oro en la planta MC, por lo cual se presenta este informe con el fin de aclarar y desarrollar métodos de gestión y manejo integral del Proceso con visión hacia el futuro y que la extracción de las riquezas minerales constituya desarrollo para la empresa y la sociedad.
Justificación
La formación a nivel de pregrado nos da el fundamento científico del proceso de lixiviación y precipitación y se trata de representar en parte en el laboratorio. Hay una parte más amplia y muchos problemas adicionales que se presentan en las operaciones reales por lo cual surge la necesidad de tener una idea de cómo se maneja la parte operativa, tanto la administrativa como la parte técnica. Es por ello que este informe trata en gran parte de apoyar al lector y a los estudiantes de pregrado a comprender y ver más de cerca cómo se desarrollan las operaciones día a día para poder producir las barras de Metal Dore. Los manuales ofrecen una vista muy superficial y poco detallada del proceso integral y del manejo del proceso de lixiviación en pilas y precipitación en planta Merrill Crowe, esperamos llegar a satisfacer en gran parte las inquietudes sobre la gestión integral del proceso.
Objetivos
para poder comprender y aplicar el proceso eficientemente. La Gestión es una parte muy importante ya que engloba todo el proceso tanto en la parte interna como externa de tal manera que se trabaje en conjunto y no como un área aislada.
Por otro lado siempre se debe tener la idea de que los procesos siempre se van a poder mejorar en la medida en que se promueva la disidencia de ideas de manera positiva, el proceso de Lixiviación en Pilas y precipitación en planta Merrill Crowe se está usando de manera económica y responsable con el medio ambiente con un proceso con cero emisiones liquidas.
Metodología utilizada:
1 CAPITULO I MARCO TEORICO
1.1 Minerales de Oro:
La Tabla 2-1 es una lista de los minerales de oro más comunes y raros con su fórmula química (Fleischer& Mandarino, 2004).
La ocurrencia de oro en minerales ocurre como oro nativo y también se presenta como la combinación de varios elementos como se muestra en la Tabla 2-1. Los minerales comunes de oro son: oro nativo, electrum, calaverita, Krennerita, montbrayita, petzita, y silvanita. El oro nativo y algunas composiciones del electrum tienen un lustre Amarillo metálico característico que uno puede notar en estos minerales de oro.
Además para identificar los minerales de oro, los sulfuros asociados y minerales de ganga necesitan ser identificados. Se debe poner atención en minerales que causan interferencia con la Cianuración (e.g. material orgánico, grafito, marcasita, pirita, pirrotita, calcopirita, minerales secundarios de oro y arcillas).
Tabla N° 1-1 Minerales de Oro comunes y raros (Bibliografía [6])
Mineral Formula
Anyuita Au (Pb, Sb)2
Auricuprido Cu3Au
Aurostibita AuSb2
Bezsmertnovita Au4Cu(Te, Pb) Bilibinskita Au3Cu2Pb·nTeO2 Bogdanovita (Au, Te, Pb)3(Cu, Fe) Buckhornita AuPb2BiTe2S3
Calaverita AuTe2
Criddleita Ag2Au3TlSb10S10
Electrum Au, Ag
Fischesserita Ag3AuSe2 γ- Amalgama de oro (Au, Ag)Hg
Oro Au
Kostovita CuAuTe4
Krennerita (Au, Ag)Te2
Maldonita Au2Bi
Montbrayita (Au, Sb)2Te3
Muthmannita (Ag, Au)Te
Nagyagita (Te, Au)Pb(Bi, Sb)S2 Penzhinita (Ag, Cu)4Au(S, Se)4
Petrovskaita AuAg(S, Se)
Petzita Ag3AuTe2
Silvanita AuAgTe4
1.2 Proceso de Lixiviación:
El tratamiento siderometalúrgico de minerales de oro antecede el descubrimiento de la Cianuración. A mediados de 1800, se usaron profundos socavones para minado en esta época en todo el mundo. Los sulfuros primarios, componente común del mineral, hacen que la amalgamación sea inefectiva. La concentración gravimétrica seguida de la fundición era eficiente en el caso de algunos minerales pero no de todos. Varios agentes de lixiviación como hipoclorito de sodio, tiosulfato de sodio, bromo y clorina, eran efectivos para algunos minerales de oro y el uso comercial de estos reactivos eran comunes antes de 1880.
La Cianuración de minerales del oro fue patentada en el Reino Unido por J.S. MacArthur y dos hermanos, W. y R.W. Forrest, el 19 de octubre 1887. Una planta piloto de demostración fue construida en 1888 en Ravenswood, Queensland, y la primera planta comercial de la Cianuración fue construida en la Mina Crown cerca de Karangahake, Nueva Zelanda.
La primera planta en los Estados Unidos fue construida en 1891 en Mercur, Utah y Calumet, California. La Cianuración era muy económica y efectiva que se aplicó extensivamente a los nuevos minerales y soluciones, y también reemplazo rápidamente los otros sistemas de lixiviación.
E.E.U.U., de la recuperación del oro de soluciones mediante la adsorción en carbón y la desorción cáustica.
La Cianuración por agitación de minerales finamente molidos era la forma exclusiva de procesamiento hasta que la lixiviación pilas de minerales triturados de oro fuera propuesta por la oficina de los E.E.U.U. de minas en 1969.
En 1974, la primera planta comercial Pila de lixiviación/adsorción en carbón, comenzó a funcionar en Cortez, Nevada, usando Mineral almacenado por se mineral de baja ley para ser tratado por molienda convencional ya que la ley estaba por debajo de 0.08 Oz/t (Cut-off). La práctica de la lixiviación en pilas fue separada en todos lados durante los años 80. La Cianuración tiene las ventajas siguientes: uso de las soluciones diluidas que contienen 300-1000 PPM NaCN; un pH de 9.5-11.5, en los cuales los metales con excepción del oro y de la plata tienen una cinética de reacción lenta a cualquier grado, y las estrategias de control y operación son simples.
Durante los últimos 20 años, cerca del 92% de la producción total mundial de oro fue resultado de los procesos de Cianuración, la producción restante principalmente provenía de concentrados de flotación, los cuales eran refinados.
La investigación fue centrada en la optimización de la adición de Cianuro, oxígeno y nitrato de plomo y estrategias metalúrgicas para medir y controlar dichos parámetros, así como también las áreas de automatización y equipos. Se hicieron esfuerzos por introducir analizadores de cianuro en el proceso a fines de la década de 1980 sin embargo el progreso fue lento. Los analizadores requerían pruebas adicionales para ser eficientes y efectivos y producir resultados más acertados de la concentración de las soluciones. En los 80s se integraron analizadores de oxígeno en line ajunto con la adición de oxígeno y varios dispositivos de inyección.
El sulfuro en el mineral de oro no solo consume oxígeno y cianuro sino también forma una capa sobre las partículas de oro. Esta capa pasiva reduce la cinética de lixiviación del oro y la extracción total. Una mejora estratégica de adición de nitrato de plomo ayuda a minimizar la paliación del oro.
1.2.1 Disolución de oro y plata
La reacción entre el cianuro y el oro ha sido propuesta por varios investigadores. Las más importantes de estas reacciones son (Habashi, 1967):
Ecuación de Elsner:
2 2 2
4Au+8NaCN+O +2H O
⇔
4NaAu(CN) + 4NaOH
(1.1) Ecuación de MacArthur &Forrest:
2 2 2
2Au + 4NaCN + 2H O
⇔
2NaAu(CN) + 2NaOH + H
(1.2)
2 2 2 2 2
2Au + 4NaCN + O + 2H O ⇔2NaAu(CN) +2NaOH + H O
(1.3) 2 2
2Au + 4NaCN + H O ⇔ 2NaAu(CN)2 + 2NaOH (1.4)
Las ecuaciones de Bodlander están dadas por la ecuación de Elsner, la cual es aceptada universalmente como la ecuación estándar de reacción de cianuro y oro. Como no hay oxígeno, la ecuación de MacArthur y Forrest no puede ser aceptada.
De estas ecuaciones, nosotros podemos sacar las siguientes conclusiones: 1) Dos moles de cianuro son consumidas por cada mol de oro disuelto: CN/Au = 2:1
Entonces, el grado de disolución de oro es la mitad del consumo de cianuro para la disolución de oro.
[ ]
d Au d[CN] = ½
dt dt (1.5)
2) Una mol de oxigeno es consumida por cada 2 moles de oro disuelto. Au/O = 2:1
Entonces, el grado de disolución de oro es dos veces el grado de consumo de oxígeno para la disolución de oro.
2 d[O ] d[Au]
= 2
dt dt (1.6)
1.3 Proceso de Precipitación:
La cementación de un metal a partir de una solución, depende de una reacción de desplazamiento en la cual un metal menos noble reduce a los iones del metal por precipitar al estado metálico. Entonces, éste sale de la solución, y los iones del metal menos noble entran en la solución para substituirlos.
Por ejemplo:
Cu + Zn 2+ ⇔ Cu + Zn2+ (1.7) El metal utilizado debe tener un potencial de electrodo inferior al potencial del metal que se desea precipitar.
Figura N° 1-1 Representación esquemática del mecanismo de precipitación de oro sobre partículas de zinc. Note que las semi – reacciones anódica y catódica tienen lugar en
La reacción se produce a la superficie del metal, que se agrega habitualmente en forma de polvo a la solución impura (Fig. 1-1). Para alcanzar velocidades de reacción aceptables con impurezas que se encuentran en bajas concentraciones, se tiene que agregar un exceso de metal, lo que conduce a la obtención de cementos impuros. Además, estos cementos contienen todos los metales de potencial superior al metal agregado.
El mejor metal utilizado para cementar las impurezas de una solución es generalmente el mismo metal que se desea recuperar desde la solución pura. Así, no se agrega otra impureza a la solución. Por ejemplo, el cadmio y el cobre contenidos en las soluciones de lixiviación de concentrados de zinc se cementan con polvo de zinc.
Además de utilizarse como método de purificación de soluciones, la cementación puede utilizarse para recuperar el metal valioso a partir de soluciones diluidas ( ejm: cementación de cobre por chatarra de hierro).
La electro obtención y la cementación con zinc son los dos procesos utilizados para la recuperación de oro metálico a partir de las soluciones concentradas provenientes de la elución del carbón activado.
a. Los minerales contienen mucha plata (Ag), la que saturaría rápidamente el carbón activado.
b. Minerales con altos contenidos de arcillas u otras especies que interfieren con la adsorción sobre carbón activado.
c. Operaciones a pequeña escala
Precipitación con zinc (proceso Merrill-Crowe)
Comportamiento anódico del zinc
El zinc se disuelve en solución según la siguiente semi-reacción para formar un complejo estable con el cianuro:
- 2-
-4 Zn+4CN ⇔Zn(CN) +2e
(1.8)
( )
2-4
E=-1.25+0.0295log Zn CN +0.118pCN
(1.9)
Figura N° 1-2 Diagrama de pourbaix para el sistema Zn-H2O-CN, además de un
equilibrio de Au-H2O-CN baja concentración de Zn. (Bibliografía [4])
Figura N° 1-3 Diagrama de pourbaix para el sistema Zn-H2O-CN, además de un equilibrio de Au-H2O-CN mediana concentración de Zn. (Bibliografía [4])
Figura N° 1-4 Diagrama de pourbaix para el sistema Zn-H2O-CN a 25°C, además de
En la figura 1-2, figura 1-3 y figura 1-3, se visualiza que un aumento en la concentración en Zn (arriba hacia abajo) provoca la formación de una zona de pasivación de Zn(OH)2.
Semi - reacción catódica
La semi - reacción catódica que acompaña a la oxidación del zinc puede ser la reducción y precipitación de oro y de los otros metales preciosos, pero también una de todas las poco deseables reacciones parásitas, incluyendo la reducción del agua, oxígeno y otras especies en solución.
• Reducción del oro
Au(CN)2-+e-↔Au+2CN- (1.10) E = −0.60 + 0.118 log[CN−] + 0.059log [Au(CN)2] (1.11)
La figura 1-2, figura 1-3 y figura 1-4 muestra que en todo rango de pH, este potencial es mucho mayor al potencial de oxidación del zinc, indicando una fuerza termodinámica importante para la precipitación de oro.
Reducción de otros metales: Hg, Ag, Cu, Ni, Co,.... Reducción de agua y oxígeno
+
-2 2
O + 4 H + 4 e ⇔ 2 H O
(1.12)
H O 2 2e H 2 2OH
− −
+ ⇔ +
Estás reacciones son importantes porque consumen zinc y el oxígeno hasta sería capaz de re-disolver al oro. En la práctica, el proceso Merrill-Crowe consta de una columna de vacío, donde se desoxigena a la solución antes de la precipitación con zinc. Sin embargo, el consumo de Zn es de 5 a 30 veces mayor al consumo estequiométrico.
Cinética de la reacción Las etapas de la reacción son:
1. Transporte de masa de Au(CN)2- y CN- hacía la superficie de zinc.
2. Adsorción de Au(CN)2- sobre la superficie del Zn, con eventual formación de una especie intermedia, AuCN.
3. Transferencia de electrones y simultáneamente disociación de las especies de cianuro/oro y formación del complejo de cianuro/zinc.
4. Desorción de las especies de cianuro/zinc.
Figura N° 1-5 Forma general de las curvas de polarización para la precipitación de oro con zinc. Note que la curva catódica está compuesta por tres segmentos
correspondientes a tres reacciones distintas. (Bibliografía [4])
En condiciones industriales, la etapa limitante que determina la cinética es la difusión de Au(CN)2-, porque su concentración es muy baja. Sin embargo, como se utiliza polvo de zinc, de muy grande superficie específica, la reacción global es rápida.
1.4 Hidráulica en Tuberías
El principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli o Trinomio de Bernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica (1738) y expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes:
Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido.
Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea. Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee.
La siguiente ecuación conocida como "Ecuación de Bernoulli" (Trinomio de Bernoulli) consta de estos mismos términos.
2 V ρ
+P+ρgz = constante
2 (1.14)
Dónde:
V : Velocidad del fluido en la sección considerada.
g : Aceleración gravitatoria
z : Altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.
P: Presión a lo largo de la línea de corriente.
Para aplicar la ecuación se deben realizar los siguientes supuestos:
a. Viscosidad (fricción interna) = 0 Es decir, se considera que la línea de corriente sobre la cual se aplica se encuentra en una zona 'no viscosa' del fluido.
b. Caudal constante.
c. Flujo incompresible, donde ρ es constante.
La ecuación se aplica a lo largo de una línea de corriente o en un flujo irrotacional.
Si consideramos las pérdidas de energía por fricción en realidad la ecuación quedaría así:
𝑃𝑃
1+ 𝑍𝑍
1+
𝑉𝑉122𝑔𝑔
= 𝑃𝑃
2+ 𝑍𝑍
2+
𝑉𝑉22
2𝑔𝑔
+ ℎ𝑓𝑓
(1.15)Z1 = Z2 (no hay cambio de posición) V1 = V2 (no hay cambio de sección) Por lo tanto P1 = P2+ hf
Es decir que P1> P2
Se ha perdido algo de la presión en vencer la fricción.
1.4.1 Régimen Hidráulico Número de Reynolds:
laminar (número de Reynolds pequeño) o turbulento (número de Reynolds grande). Desde un punto de vista matemático el número de Reynolds de un problema o situación concreta se define por medio de la siguiente fórmula:
Re ρv ds µ =
(1.16)
o equivalentemente por:
Re v ds ν =
(1.17)
Dónde:
ρ: densidad del fluido
vs: velocidad característica del fluido
d: diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud característica del sistema
μ: viscosidad dinámica del fluido
ν: viscosidad cinemática del fluido
Figura N° 1-6 Régimen laminar y régimen turbulento de un fluido.
1.4.2 Perdidas por fricción Rugosidad absoluta ks:
La pérdida de cabeza por fricción se calcula con la Ecuación General de Darcy-Weisbach: 2 * 2 fs l V h f d g = (1.18) Para todas las tuberías, el Hidraulic Institute de los Estados Unidos de Norte América y la mayoría de los ingenieros consideran que la ecuación de Colebrook como la más aceptable para calcular f debido a que son ecuaciones físicamente basadas y los cálculos son más reales; la ecuación empírica de Hazen Williams tiene limitaciones en cuanto a las dimensiones y velocidad de flujo
10
1 2.51
2 log [ ]
3.7 Re
Ks d
f = − + f
Dónde:
ks: Rugosidad absoluta d: Diámetro
Re: Numero de Reynolds
Reemplazando la ecuación 1.17 y 1.18 en la ecuación 1.19 tendremos:
10
2 2 2.51
log [ ] 3.7 2
f
f
gdh Ks v l
V
d
l d gh
−
= +
(1.20)
Tabla N° 1-2 Valores de la rugosidad Absoluta (ks) para diferentes materiales utilizados en la fabricación de tuberías.
MATERIAL KS(mm)
Vidrio 0.0003
PVC, CPVC 0.0015
Asbesto cemento 0.03
GRP 0.03
Acero 0.046
Hierro forjado 0.06
CCP 0.12
Hierro fundido asfaltado 0.12 Hierro Galvanizado 0.15 Arcilla vitrificada 0.15
Hierro Fundido 0.15
Hierro dúctil 0.25
Madera cepillada 0.18-0.9
Concreto 0.3-3.0
1.4.3 Coeficiente de perdida menores km
La ecuación para el cálculo de las perdidas menores de energía causadas por accesorios en una tubería es de la siguiente forma:
2 2 m m v h K g =
∑
(1.21) Dónde:hm: energía por unidad de peso perdida en el accesorio. km: coeficiente de perdidas menores en el accesorio. v: velocidad media del flujo en la tubería.
g: aceleración de la gravedad.
Tabla 1-3 Coeficiente de pérdidas en accesorios de tuberías.
Accesorio km
Válvula Globo (totalmente abierta) 10 Válvula en ángulo (totalmente abierta) 5 Válvula Cheque (totalmente abierta) 2,5 Válvula de compuerta (totalmente abierta) 0,2 Válvula de compuerta (abierta 3/4) 1.00-1.15 Válvula de compuerta (abierta 1/2) 5,6 Válvula de compuerta (abierta 1/4) 24 Codo a 90º de radio corto (con bridas) 0,90 Codo a 90º de radio normal (con bridas) 0,75-0.8 Codo a 90º de radio grande (con bridas) 0,60 Codo a 45º de radio corto (con bridas) 0.4-0,42
Retorno Curva en U 2.2
Tee en sentido recto 0,3
Tee a través de la salida lateral 1.8
Unión 0.3
Ye de 45°, en sentido recto 0.3
Ye de 45°, en sentido lateral 1.8
Entrada recta a Tope 0.5
Entrada con boca acampanada 0.1
Entrada con tubo reentrante 0.9
1.4.4 Potencia requerida:
La potencia de una bomba está dada por: 1
m
P ρQgH
η =
(1.22) Dónde:
P: Potencia en Kw-h η: Eficiencia del motor
ρ: Densidad especifica del agua
Q: Caudal en l/s
g: Aceleración de la Gravedad Hm: Altura de bombeo
1.4.5 Bombas en sistemas de Tuberías:
Por el tipo de flujo se pueden clasificar en:
a. Bombas centrifugas (Flujo radial): El agua entra a la bomba en forma axial pero sale impulsada en dirección radial.
b. Bombas de Flujo axial: El agua entra y sale de la bomba en dirección axial. Usualmente son bombas de baja altura piezométrica y alta capacidad.
1.4.6 Limitaciones en la altura de succión Cavitación:
Este fenómeno sucede cuando un líquido se mueve por una región (tubería) donde la presión del líquido es menor que la tensión de vapor, lo que hace que el líquido hierva y se formen burbujas de vapor en su seno. Estas burbujas de vapor son arrastradas con el líquido hasta una región donde se alcanza una presión más elevada y allí desaparecen violentamente, provocando que el líquido se introduzca a alta intensidad en áreas reducidas.
Estas sobrepresiones que se producen pueden sobrepasar la resistencia a la tracción del material y arrancar partículas del metal dándole una apariencia esponjosa (picado de los álabes del impulsor). Cuando estas burbujas de vapor llegan a la zona de alta presión desaparecen, ocasionando ruido y vibración, pudiendo llegar a producir averías en rodamientos, rotura del eje y otros fallos, ya que el material está desgastado.
En resumen la cavitación es la formación de burbujas de vapor o de gas en el seno de un líquido, causada por las variaciones que este experimenta en su presión, y cuyas consecuencias son:
• Disminución de la capacidad de bombeo. • Disminución del rendimiento de la bomba.
en la aspiración. Este fenómeno puede evitarse manteniendo la presión del líquido por encima de la presión de vapor.
El término NPSH se conoce como altura neta de succión positiva, para el cálculo de la NPSH en un sistema se usa la Siguiente ecuación:
a v s P P NPSH H g g ρ ρ = − − (1.23) Dónde:
Pa: Presión atmosférica absoluta. Pv: Presión de vapor del líquido. Hs: Altura manométrica de Succión.
La pérdida neta de cabeza de bombeo se calcula con:
2
2
s
s s fs m
V
H
h
h
h
g
= +
+
+
(1.24) Dónde:
hs: Representa la altura del rotor de la bomba con respecto al nivel del agua en el tanque o embalse desde donde se está succionando el caudal.
hfs: Representa las perdidas por fricción en la tubería de succión.
hm: Representa las perdidas menores causadas a la entrada de la tubería de succión (por lo general es alto debido a la colocación de una válvula de cheque)
𝑉𝑉𝑠𝑠2
2 CAPITULO II DISEÑO Y OPERACIÓN DEL PROCESO
El diseño del proceso comienza en la etapa de exploración con perforación diamantina donde los testigos ensayados y logueados sirven de muestra para poder realizar pruebas de lixiviación, luego de ello una vez obtenidos los primeros resultados y calculadas las reservas se procede a tomar más muestras y realizar pruebas en columnas, con estos resultados se procede a hacer pruebas más completas de pilotaje para poder calcular la mayor cantidad de detalles que requiere el proceso. Con todos estos datos se procede a realizar los trabajos de ingeniería de detalle donde se realiza el diseño integral del proceso tanto en mina como en planta y en toda la unidad minera.
Algunos de los permisos necesarios que deben ser tramitados son: 1. La autorización de uso de aguas.
2. La autorización para la construcción. 3. La autorización de uso de hidrocarburos. 4. Autorización de inicio de operaciones.
5. Certificado de inexistencia de restos arqueológicos CIRA ministerio de cultura.
6. Aprobación del plan de minado
7. Certificado de operación Minera COM
El proceso de lixiviación en pilas tiene diversas etapas las cuales se muestran en la Figura N° 2-1 en donde el proceso inicia con la recepción del mineral de mina, y finaliza con la obtención de barras Dore.
Figura N° 2-1 Diagrama de Flujo general del Proceso.
M MINA TANQUE DE SOLUCION INTERMEDIA
2.1 Pilas de Lixiviación
En las pilas de lixiviación se lleva a cabo el proceso de lixiviación en la cual la solución cianurada diluye al oro presente en el mineral junto con la plata el mercurio y otros metales, el diseño de proceso constituye el primer paso para el tratamiento de mineral mediante lixiviación en Pilas luego de ello recién se puede realizar el diseño y la ubicación de la Pila, luego del diseño y con las autorizaciones respectivas se procede a la construcción de la planta de procesos y la pila de lixiviación, Una vez concluida la construcción se procede a la prueba de equipos y verificación de instalaciones para poder hacer la primera prueba de operación. Con las pruebas concluidas ya estaremos listos para hacer el arranque de planta e inicio de operaciones. En la etapa de operaciones tenemos: la recepción de mineral, extendido y escarificado1 de mineral, dosificación de Cal, muestreo y riego. En esta etapa se descarga el mineral proveniente de mina en volquetes formando pilas de 8 m de altura, luego que se tiene la Pila llena se pasa a la etapa de riego de mineral en el cual se instala las líneas de riego por goteo o por aspersión según sea el caso. La solución de lixiviación es colectada en la parte inferior de la pila y conducida a través de un sistema de tuberías de colección y dirigidas hacia las pozas de captación.
2.1.1 Diseño
Tabla N° 2-1 Criterios generales para diseño del proceso de lixiviación.
Descripción Unidad Criterio
Usado
PAD DE LIXIVIACION
Tiempo de operación años 5
Onzas de Oro Oz 1,000,000.00
Ley Oro gr/TM 0.6
Mineral que será procesado TM 51,842,166.67
Producción promedio de mineral TM/año 10,368,433.33
TM/mes 864,036.11
TM/día 28,801.20
Ciclo de Lixiviación
Primera capa días 80
Cada Capa adicional días 5
Características del mineral de Mina (ROM)
Humedad promedio % 2.5
Densidad ROM in-situ T/m3 1.7
Sistema de Transporte a la Pila
Método de Transporte Camiones a apilamiento
Capacidad de los camiones m3 22
Producto Mineral ROM
La Pila de lixiviación se diseña en base a los criterios de diseño que se muestran
en la Tabla N° 2-1, de manera que se pueda operar siguiendo el método
estándar de lixiviación en capas de mineral. De acuerdo con estos parámetros,
es necesario conformar un área con una capacidad de 52 millones de toneladas
métricas, considerando una tasa de carguío de 28,801.20 toneladas por día. Las
operaciones en la pila de lixiviación se realizarán mediante el apilamiento de
mineral en capas de 8 m de altura, 10 capas en total. La primera capa será
lixiviada en ciclos de 80 días, y por cada capa adicional, el ciclo se incrementará
Tabla N° 2-2 Parámetros de construcción de la Pila de lixiviación.
Descripción Unidad Criterio
Usado
Área total requerida Ha 152.48
Densidad aparente promedio de mineral T/m3 1.7
Periodo de retorno sismo de diseño años 500
Evento sísmico de diseño g 0.34
Coeficiente sísmico 0.17
Estabilidad estática corto plazo, mínimo F.S. 1.3
Estabilidad estática largo plazo, mínimo F.S. 1.4
Estabilidad pseudo -estática, mínimo F.S. 1
Análisis de deformación Si FS Pseudo - estático <1.0
Periodo de retorno tormenta de diseño de la Pila años 100
Lluvia para el evento de diseño mm Variable
Periodo de retorno evento de diseño canal de
derivación Años 100
Sistema de revestimiento de la pila de lixiviación simple/doble Simple
Revestimiento de la Pila de lixiviación Tipo LLDPE
Textura Texturada
Espesor del revestimiento mm 1.5
Detección de Fugas S/N No
Sistema de sub-drenaje S/N Si
Capacidad total TM 52,000,000.00
m3 30,588,235.29
Área Total m2 1,524,769.61
Sistema de colección de solución S/N si
Tipo de sistema de colección Gravedad/Bombeo gravedad
Tuberías de colección de la solución tipo Pared doble perforada
Diámetro de tuberías principales de colección mm 300
Diámetro de tuberías laterales de colección mm 100
Espaciamiento de tuberías laterales m 15
Altura típica de capa para apilamiento m 8
La capacidad de la Pila, la planta y las pozas constituyen el primer cálculo necesario para darnos una idea inicial del área que se requiere para la construcción de la Pila, las pozas y la planta MC.
Para la reserva de mineral de 51’842,166.67 t de Mineral con una ley de mineral de 0.6 g/t y con una densidad aparente de 1.7 t/m3 tendremos un volumen de 30’495,392.16 m3.
De V m d
=
Dónde:
V: Volumen m3
m: Masa en Toneladas d: Densidad t/m3 Tenemos
3
’ , .
’ , .
1.7
V =51 842 166 67=30 495 392 16m
El área aproximada de la configuración de la pila es de 1’524,800 m2(incluyendo
la construcción del camino de acceso perimetral y el canal de derivación); en
tanto, que el área a ser cubierta con geomembrana es de aproximadamente
1’524,800 m2.
Debido a la presencia de materiales no apropiados en la cimentación de la Pila,
tales como turbas, suelos orgánicos, arcillas y limos blandos, se debe prever su
remoción hasta alcanzar el nivel de cimentación adecuado según sea
realizará la colocación de relleno estructural hasta alcanzar los niveles
indicados.
Tabla N° 2-3 Parámetros de Lixiviación.
DESCRIPCION UNIDAD CRITERIO
USADO Tasa de aplicación nominal(operación) lt/hr/m2 10
Taza de aplicación máximo lt/hr/m2 12
Área bajo irrigación m2 80,000
Flujo de solución de lixiviación Total m3/h 960
Perdida de solución total % 2
Contenido de humedad residual % 6
Capacidad de Pozas y Planta
La tabla N° 2-4 Muestra el criterio utilizado para el cálculo de la capacidad de almacenamiento de las pozas y la capacidad de tratamiento de la planta MC,
La poza de solución rica o PLS tendrá una capacidad de 20,000 m3 y captará la solución rica proveniente de la pila a través de una tubería de conducción de solución proveniente de la caja de distribución de solución. Posteriormente la solución será bombeada hacia la planta de procesos. La poza ILS también tendrá una capacidad de 20,000 m3 y colectará la solución intermedia proveniente de la caja de distribución o de solución barren proveniente de la planta de procesos.
Tabla N° 2-4 Parámetros de Poza de solución rica (PLS) e Intermedia (ILS)
DESCRIPCION UNIDAD CRITERIO
USADO
Poza PLS S/N si
Poza ILS S/N si
Transporte de PLS/ILS S/N si
Tipo de sistema de transporte Gravedad/Bombeo gravedad
Tipo de Tubería de conducción de PLS/ILS Tuberías HDPE SDR 21 Tamaño de Tubería de conducción PLS/ILS mm 450
Revestimiento de pozas S/N si
Sistema de revestimiento de poza simple/doble Doble
Material de Revestimiento primario tipo HDPE Espesor de revestimiento primario Pozas mm 1.5
textura Lisa Material revestimiento secundario tipo HDPE Espesor de revestimiento secundario pozas mm 1.5
Textura Lisa
Sistema de detección de fugas poza S/N Si
sistema de Sub-drenaje S/N Si
Sistema de monitoreo por zonas S/N Si
Borde libre poza m 1
Flujo total de solución de lixiviación m3/h 960 Tiempo de retención por parada de bomba Horas 24
Volumen almacenamiento sedimentos S/N no Volumen de retención de contingencia m3 6,000
Volumen operativo m3 2,200
Volumen de fluctuaciones m3
3,800 Capacidad total de Poza PLS m3
20,000
Capacidad total de Poza ILS m3 20,000
La poza de mayores eventos, que almacenará los flujos adicionales colectados en el área de la pila a consecuencia de eventos de tormenta, se ubica al este de las pozas PLS e ILS, y tendrá una capacidad aproximada de 90,000 m3, estimada a partir del balance de aguas realizado, considerando la operación de una planta de destrucción de cianuro de 50 m3/h de capacidad.
Tabla N° 2-5 Parámetros de Poza de Mayores Eventos.
DESCRIPCION UNIDAD CRITERIO
USADO
Poza de Mayores Eventos S/N Si
Periodo de retorno tormenta de diseño años 100
Revestimiento Poza S/N Si
Sistema revestimiento de ´poza simple/doble Doble
Material de revestimiento primario tipo HDPE Espesor de revestimiento primario pozas mm 1.5
Textura Lisa
Material de revestimiento secundario Tipo HDPE Espesor de revestimiento secundario pozas mm 1.5
Textura Lisa Sistema de detección de fugas S/N Si
Sistema de sub-drenaje S/N Si
Sistema de monitoreo por zonas S/N Si
Borde libre poza m 1
Vertedero S/N Si
Volumen almacenamiento sedimentos S/N No
Capacidad Máxima poza m3 90,000
y la Planta, las pozas estarán ubicadas debajo de la cota mínima de la pila y la planta se puede ubicar al mismo nivel de las pozas el laboratorio solo necesita estar cerca de la Planta MC por lo general está construido al lado de la planta de igual manera se ubica la Casa Fuerza cerca de la planta.
Figura N° 2-2 En esta figura se muestra el área seleccionada para la construcción de la Pila de lixiviación y la planta de procesos.
Dimensionamiento y Diseño: Una vez que se ubica la zona adecuada para la construcción de la Pila de lixiviación se deberá realizar el levantamiento topográfico y el estudio geológico y geotécnico del área de construcción para evaluar la estabilidad física de la zona.
Figura N° 2-3 Se muestra el levantamiento geotécnico de la zona de construcción y los límites de construcción de la pila, las pozas y la planta.
Figura N° 2-4 Detalle del diseño y simulación de llenado de las Pilas de lixiviación las pozas y la planta.
Figura N° 2-5 Detalle de diseño de las líneas de sub-drenaje para la pila de lixiviación.
Figura N° 2-6 Detalle típico de conexión de las tuberías de sub-drenaje.
Figura N° 2-8 Detalle de las líneas de tubería de colección de la solución Rica.
El diseño incluirá los parámetros sobre los cuales se realizaran las operaciones para el uso seguro y adecuado de las pilas.
Tabla N° 2-6 Parámetros de llenado y operación de la pila.
Descripcion Cantidad
Densidad de mineral chancado 1.7TM/m3
Talud Global ~2.5:1
Talud del banco ~1.3:1
Altura de capa tipica 8.0 m
Ancho de banquetas 9.4 m
Capacidad ~52’000,000.00 TM
Volumen ~31’000,000.00 m3
Area de cresta ~60,000 m2
Altura Maxima 60 m
Figura N° 2-10 Detalle típico de apilamiento de mineral.
La superficie de simentacion debera ser diseñada en base a estudios geotecnicos sobre las areas de las pilas de lixiviacion y las pozas.
Se debera dejar un minimo de 5 metros desde el limite de la berma perimetral del camino de acceso hasta el pie del pavimento de mineral.
En toda el area de la pila debera de colocarse un sobrerevestimiento (Overliner) minimo de 500 mm, para proteccion de la geomembrana.
2.1.2 Construcción
Figura N° 2-12 Vista de una pila de lixiviación adaptada a la geografía de la zona.
2.1.2.1Movimiento de tierras
Los trabajos de movimiento de tierras consiste en la limpieza y el desbroce, la remoción de turba, de suelos orgánicos, de arcilla y de cualquier material inadecuado en la construcción del Pila de lixiviación, pozas y botaderos de desmonte.
Figura N° 2-13 Tractor D6H trabajando en la remoción de la capa superficial de material.
Figura N° 2-14 Vista de la zona desbrozada de la Pila.
2.1.2.2Estructuras de Derivación de Aguas Superficiales y Caminos Perimetrales
procesos. Partes de estas estructuras son consideradas “temporales”, dado que serán removidas en forma previa o durante la culminación de futuras ampliaciones de la Pila de Lixiviación.
Relleno Estructural y Nivelación
Los rellenos estructurales consistirán en material de suelo y rocas que cumplan los requerimientos de granulometría descritos en estas especificaciones. Todos los materiales para relleno estructural de suelo deberán ser de roca estable y no deberán contener materia orgánica o deletérea o ser meteorizados.
Los materiales a ser usados como enrocado, deberán ser roca estable, no orgánica y libre de material deletéreo.
En aquellas áreas de la Pila de Lixiviación en las cuales la excavación de los suelos blandos podría originar depresiones en el terreno, las que no drenarán adecuadamente, el Contratista deberá rellenar estas depresiones hasta un punto en que proporcionen una capa de nivelación para el revestimiento de suelo de baja permeabilidad. Dentro de la Pila de Lixiviación, estas depresiones deberán ser llenadas con relleno estructural obtenido de una fuente de préstamo aprobada.
Sistema de Sub-drenaje
El sistema de sub-drenaje está compuesto por una serie de tuberías perforadas de pared doble, según se indica en los planos de construcción. Los sub-drenes deberán instalarse después de realizadas las excavaciones de turba y suelos arcillosos de acuerdo con el esquema general de los planos de construcción en la Pila de lixiviación y pozas de procesos. Asimismo, se ha previsto la colocación de sub-drenes con tuberías de diámetros menores en aquellos lugares donde se detecten afloramientos de agua durante las excavaciones.
Una vez terminada la excavación de la zanja (o la colocación de la capa de nivelación), se deberá colocar el geotextil, centrado a lo largo de la línea de tuberías. Se deberá colocar suficiente geotextil que permita un traslape de por lo menos 300 mm para la envoltura alrededor de la grava. De ser necesario, antes de instalar el geotextil, se deberá colocar una cama de apoyo para las tuberías de 100 mm de espesor, para luego instalar el geotextil y montar el sistema de tuberías perforadas en el número y diámetro indicado en los planos de diseño. Todas las tuberías deberán ser unidas mediante acoples y accesorios adecuados (según lo indicado en estas especificaciones), para garantizar una correcta instalación.
2.1.2.3Capa de suelo de baja permeabilidad
Solamente se utilizarán materiales previamente aprobados ya sea in situ o provenientes de áreas de préstamo. Se deberá procesar, todo lo que sea posible, los materiales existentes en el lugar para construir la capa de suelo de baja permeabilidad para la pila de lixiviación.
El material de la capa de suelo deberá obtenerse de las zonas mostradas en los planos. Se deberá usar sólo material que cumpla los requerimientos descritos en estas especificaciones.
En forma previa o durante la instalación y compactación, el material de la capa de suelo deberá ser acondicionado y rastrillado o procesado de alguna manera para remover todas las partículas mayores de 75 mm en su dimensión máxima.
Después de que la capa de suelo de baja permeabilidad sea colocada según las especificaciones, se deberá nivelar el terreno de modo tal de dar a la superficie una pendiente positiva y deberá sellar la superficie pasando un rodillo suave, luego de lo cual, se realizará un levantamiento topográfico sobre la superficie de la capa de suelo de baja permeabilidad.
Preparación de la Superficie para la Geomembrana
Las superficies que recibirán recubrimientos geosintéticos, deberán ser suaves y estar libres de rocas, piedras, palos, raíces, objetos agudos, o restos de cualquier tipo que puedan dañar el recubrimiento. Todas las partículas sobresalientes mayores a 25 mm deberán ser removidas y las depresiones mayores a 25 mm deberán ser rellenadas. Sin embargo, si es necesaria se realizara la remoción de partículas de menor dimensión a la anteriormente especificada, por considerar que las mismas pueden causar daños a la geomembrana. La capa de suelo de baja permeabilidad no será considerada terminada si esta no satisface a plenitud los requerimientos.
La superficie deberá proporcionar una cimentación firme y compacta, sin cambios de pendiente abruptos o agudos. El cabezal de la trinchera de anclaje será redondeado para evitar un doblez en ángulo a la geomembrana. No se aceptará aguas estancadas o humedad excesiva.
2.1.2.4Revestimiento de geomembrana
Este trabajo incluye la instalación de revestimientos en la Pila y pozas; revestimiento de protección de los canales de contención de tuberías; y la penetración de tuberías en la geomembrana a través de botas de HDPE.
El revestimiento de geomembrana que será instalado en todas las instalaciones y componentes del sistema de la pila de lixiviación será del tipo HDPE. El revestimiento deberá ser fabricado en el máximo ancho y largo posible para minimizar el número de costuras en campo.
El proyecto considera la utilización de los siguientes tipos de geomembrana:
1. Geomembranatexturada por un solo lado (SST) de HDPE de 1.5 mm para el revestimiento de la pila de lixiviación,
2. Geomembrana lisa de HDPE de 1.5 mm para el revestimiento de las pozas de procesos y poza de mayores eventos, revestimiento del canal de conducción de tuberías de solución y revestimiento de las pozas de monitoreo del sistema de sub-drenaje (permanentes), y
3. Geomembrana lisa de LLDPE de 1.5 mm para el revestimiento secundario de las pozas de procesos.
revestimiento deberán estar orientados de tal manera que las costuras sean ejecutadas en dirección de la pendiente.
Cada panel deberá estar etiquetado con un número o código único de identificación acordado por todas las partes. El revestimiento será desplegado usando métodos y equipos que no dañen la geomembrana o el revestimiento de suelo.
Los bordes de los paneles deberán tener un lastre continuo para disminuir la posibilidad de que el viento penetre debajo de los paneles. El material usado para mantener sujeto el revestimiento no deberá causarle daño alguno. Conforme se despliega el material de revestimiento, éste deberá ser inspeccionado visualmente y cualquier defecto deberá ser marcado para su reparación.
Figura N° 2-15 Equipo de Termofusión para el soldado de tuberías de HDPE.
2.1.2.5Sistema de detección de fugas
Se instalará un sistema de detección de fugas de soluciones cianuradas en las pozas PLS e ILS. Este sistema consistirá en una geonet ubicada entre los 2 revestimientos de geomembrana, con la finalidad de conducir y evacuar las posibles fugas que se puedan producir a través del revestimiento primario, ocasionadas principalmente durante las operaciones de limpieza de las pozas.
En el sumidero de detección de fugas se colocará un elevador, consistente en una tubería no perforada de HDPE de pared doble de 300 mm, la cual retornará los flujos a las pozas a través de una bomba sumergible localizada dentro del elevador.
Luego de la nivelación general del lugar y de la excavación para alcanzar los niveles del proyecto se deberá excavar el sumidero de detección de fugas en cada una de las pozas, con la profundidad y el ancho especificados. Al igual que el resto de las pozas, la base y taludes laterales del sumidero de detección de fugas, deberá tener una capa con material de baja permeabilidad de 300 mm de espesor mínimo, debidamente compactada acorde a los requerimientos indicados en estas especificaciones.
En el extremo de cada tubería se deberá colocar una tapa para evitar el ingreso de los materiales de drenaje dentro de la tubería. Luego, el filtro del geotextil será colocado en el sumidero. Se colocará suficiente geotextil de manera que se pueda obtener un traslape mínimo de 300 mm para la envoltura alrededor de la grava.
En su parte superior la tubería del elevador deberá ser asegurada a un poste metálico a través de bandas metálicas sujetadoras fijadas con pernos, para evitar que la tubería se deslice hacia abajo, tal como se indica en los planos.
Figura N° 2-16 Vista de la construcción de la línea de detección de fugas de la poza ILS.
2.1.2.6Sistema de colección de solución
de tal manera que el drenaje se conduzca hacia las líneas principales a intervalos regulares, tal como lo muestran los planos. La distribución del sistema de colección de solución de al PAD, serán instaladas directamente sobre la capa de sobre-revestimiento (no sobre la geomembrana) y cubiertas con mineral seleccionado que deberá cumplir las especificaciones indicadas en este documento. Las tuberías principales deberán estar rodeadas de grava para drenaje y geotextil de acuerdo a los espesores mínimos indicados en los planos de construcción.
El sistema de colección de la solución del PAD de lixiviación considera la utilización de las siguientes tuberías:
Tubería perforada de HDPE de pared doble de 100 mm de diámetro interno, para los colectores laterales.
Tubería perforada de HDPE de pared doble de 300 mm de diámetro interno, para el sistema de colección principal.
Tubería perforada de HDPE de pared doble de 450 mm de diámetro interno, para el sistema de colección principal.
Tubería sólida de HDPE SDR 21 de 450 mm de diámetro interno, para el sistema de colección principal.
Tubería sólida de HDPE SDR 21 de 300 mm de diámetro interno, ubicadas en el canal de conducción de tuberías de solución hasta las pozas de procesos.
Figura N° 2-17 Cajones de distribución de las soluciones provenientes de lixiviación.
2.1.3 Operación y Control de las Pilas de Lixiviación
El mineral en este caso es ingresado al PAD tal como sale de mina no hay proceso de chancado a este mineral se le denomina ROM OF MINE a un ritmo de 10,000 t húmedas por día en promedio, este mineral es cargado por camiones de 15 m3 de capacidad y lo trasladan hasta el PAD de Lixiviación. Los volquetes descargan el mineral en el talud de las plataformas y con la ayuda de un tractor se realiza el extendido del mineral.
tránsito de volquetes esto para que la solución no se empoce y pueda filtrar sin problemas.
En la Etapa de extendido y escarificado se realiza la operación de dosificación de cal en polvo con la ayuda de un cargador Frontal.
Para mantener y respetar los límites de diseño del PAD se lleva un control topográfico diario lo cual nos ayuda a mantener los 8 m de altura entre cada lift y un ancho de banqueta de 3m.
Figura N° 2-18 Extendido del Over-Liner o capa protectora sobre la geomembrana.
tonelaje de mineral mediante el volumen de los volquetes y la densidad aparente de mineral que se realiza continuamente en la Pila.
También se tiene un personal encargado del muestreo del mineral para poder inventariar exactamente la cantidad de oro y plata que está ingresando a la pila estos resultados son comparados y promediados con las muestras que realiza planeamiento mina en los Blastholes (detrito de los taladros perforados por la DM45).
También junto con la descarga se realiza la dosificación de cal mediante el uso de un cargador frontal el cual espolvorea la cal sobre cada montón descargado el cual posteriormente es mezclado con el tractor encargado del extendido.
Figura N° 2-19 Detalle de la descarga de mineral en la pila de lixiviación con los volquetes de 20 m3.
Muestreo:
Se realiza el muestreo para el control de mineral al ingreso de la pila para un control más uniforme de la producción, la toma de muestras se realiza por parte de una persona especialmente capacitada para realizar esta tarea, el detalle en promedio va de 5 cucharas de cada volquete que será homogenizadas y cuarteadas, paralelamente se va preparando una muestra composito por cada guardia y una muestra composito para humedad. Todas estas muestras son enviadas debidamente rotuladas y ordenadas al laboratorio para su análisis por húmedas y por leyes de Au y Ag.
También por cada guardia se realiza el cálculo de la densidad aparente del mineral para poder medir exactamente las toneladas producidas diariamente mediante el control de volumen de los volquetes de esta manera se obvia la utilización de una balanza hidráulica para volquetes. El control del inventario del mineral en la pila depende de un buen muestreo es por ello que se debe tener un supervisión constante, un mal control puede llevar a un inventario excesivo o lo contrario.
Riego de Mineral
Figura N° 2-21 La línea roja muestra la ubicación de las líneas principales de riego.
Del plano tenemos la longitud de 650 m de longitud total de la línea de diego principal en su nivel más alto, tomamos como referencia la cota más alta y alejada ya que el diseño debe estar realizado en base a las medidas y capacidades máximas necesarias. La diferencia de nivel entre la zona de bombeo y el punto más alto es de 90 m.
Diseño de Tubería
Tabla N° 2-7 Parámetros necesarios para el cálculo del diámetro de la tubería.
Datos
Características de la tubería
L 650 m
Ks 0.046 m
∆d 0.0508 m
Accesorios
Km 10
Características del fluido
ρ 999.700 Kg/m3
μ 0.001308 Pa.s
ν 0.000001308 m2/s
Características del flujo
Qd 0.23611111 m3/s
Características topográficas
H 90 m
Z 0 m
Gravedad
g 9.81 m/s2
Otros
E 0.001 error
De la fórmula 1.20 (Ver Cap. I) y utilizando los datos de la tabla tenemos el cálculo del diámetro adecuado para nuestro sistema.
Tabla N° 2-8 Hoja de cálculo para la selección del diámetro adecuado para el diseño requerido.
hf d v A Q Q>Qd hm hfi+1 |hf+-hf|<=E
(m) (pulg) (m/s) m2 (m3/s) (SI/NO) (m) (m) (SI/NO)
90 6 1.400 0.018 0.0255 NO
90 8 1.803 0.032 0.0585 NO
90 10 2.177 0.051 0.1103 NO
90 12 2.528 0.073 0.1845 NO 3.26 86.74 NO
90 14 2.863 0.099 0.2843 SI 4.18 85.82 NO
85.82 14 2.795 0.099 0.2776 SI 3.98 86.02 NO
86.02 14 2.799 0.099 0.2779 SI 3.99 86.01 NO
86.01 14 2.798 0.099 0.2779 SI 3.99 86.01 SI
Tabla N° 2-9 Resultados del cálculo de diámetro.
Resultados
Caudal 1001 m3/h
Velocidad 2.53 m/s
Hf 86.01 m
Hm 3.99 m
Diámetro 14 pulg
Como resultado tenemos una tubería de 14 pulgadas de diámetro que podrá pasar hasta un flujo de 1000 m3/h.
Calculo de las Bombas
Se calcula el coeficiente de fricción de la ecuación 1.19 mediante el método de Newton Raphson.
Tabla N° 2-10 Datos para el cálculo del coeficiente de fricción.
Datos
d 0.3556 m
Ks 0.046 m
Ks/d 0.12936
Re 754056.411
f1 semilla 0.001
Error 0.00001
Tabla N° 2-11 Calculo del coeficiente de fricción utilizando el método de Newton Raphson.
x F(x) F'(x) xi+1 x≈xi f
31.6227766 2.83381771 -8.24488E-05 2.83619113 NO 0.001
2.83619113 2.91214633 -8.30041E-05 2.91214003 NO 0.12431657 2.91214003 2.91211026 -8.30035E-05 2.91211026 NO 0.11791675 2.91211026 2.91211027 -8.30035E-05 2.91211027 SI 0.11791916 2.91211027 2.91211027 -8.30035E-05 2.91211027 SI 0.11791916
2.91211027 2.91211027 -8.30035E-05 2.91211027 SI 0.11791916 2.91211027 2.91211027 -8.30035E-05 2.91211027 SI 0.11791916
Tabla N° 2-12 Coeficiente de Fricción.
RESULTADOS
f 0.11791675
Con el factor de fricción y la formula 1.21 podemos calcular la potencia de la bomba necesaria para el riego del nivel más alto de la pila de lixiviación.
Tabla N° 2-13 Datos para el cálculo de la capacidad de la bomba necesaria para el sistema.
Características de la tubería
Longitud (L) 650 m
Ks 0.046 m
∆d 0.3556 m
Accesorios
Km 10
Características del fluido
ρ 999.700 Kg/m3
μ 0.001308 Pa.s
ν 1.308E-06 m2/s
Características del flujo
Qd 0.23611111 m3/s
Características topográficas
H 90 m
Z 0 m
Gravedad
g 9.81 m/s2
Otros
E 3
Tabla N° 2-14 Resultados del cálculo de la energía que necesita la bomba para poder regar el área del ultimo nivel de la pila de lixiviación.
Parámetro medida Unidad
Área (A) 0.073 m2
Volumen(V) 3.24 m/s
hm 5.34 m
Numero de Reynolds (Re) 754,056
-Ks/d 0.1294
-Factor de fricción (f) 0.11791675
-hf 115.03 m
H 210.37 m
η 85.00 %
Potencia 573.09 kw
Utilizando las fórmulas de colebrook-White (ecuación 1.19) para la fricción junto con métodos de aproximación y hojas de cálculo podemos diseñar todo tipo de tuberías, bombas y sistemas de riego.
El cálculo realizado es representativo e ilustrativo pero no es el real ya que para un diseño detallado como lo requiere este proyecto se utilizan dos líneas de riego de 12 pulgadas, con cuatro bombas peerles pump de 250 HP, dos en bombeo directo a riego una en Stand-By y una cuarta en Re-bombeo para poder llegar a los niveles más altos de la pila con un ratio adecuado para el riego.
Las dos líneas de 12 pulgadas se seleccionan debido a que ya en operaciones para realizar las ampliaciones de la líneas una de ellas se para y se riega solo por una de ellas sirve como emergencia para temas de mantenimiento.
La etapa del sistema de riego está compuesta de las siguientes fases de operación:
1. Bombeo de Solución:
El bombeo de solución se realiza con 02 bombas horizontales de 250 HP cada una y una bomba en Stand-By para reemplazar por mantenimiento de las principales. Las líneas que llevas la solución al PAD son líneas de 12” de Fe negro, las cuales suben por el talud del PAD hasta el lift o nivelmás alto (lift 11) y de ahí la solución se distribuye mediante tuberías de HDPE y mangueras de riego por goteo y también por aspersión.
2. Distribución de Riego:
Las áreas que están listas se ponen en riego inmediatamente las manqueras están separadas entre sí a 80 cm y hay una distancia de 80 cm entre gotero y gotero.
El control de riego se toma diariamente midiendo caudales en los goteros y el manipuleo de las válvulas para darles el ratio de riego adecuado según el tiempo de lixiviación, las áreas frescas se inician con un ratio de 15 lt/h.m2 mientras que las áreas con el ciclo de lixiviación por concluir se riegan con ratios de 6 lt/h.m2 para evitar la dilución de la solución rica.
3. Colección de solución:
La solución de lixiviación filtra a través del PAD y llega hasta la base donde hay unas tuberías corrugadas perforadas que se encargan de colectar la solución y trasladarla hasta los cajones de distribución en 5 celdas o líneas de drenaje, en los cajones se distribuye a la poza de solución rica o a la poza de solución intermedia dependiendo de la ley de la solución, las leyes bajas se van a la poza intermedia para ser recirculadas al PAD y las leyes altas van a la poza de operaciones para pasar por la planta Merrill Crowe.
Pozas de Colección:
Poza de Solución Rica (PLS)
La función de esta poza es captar y almacenar la solución enriquecida de lixiviación, esta es una solución rica que contiene oro y plata en forma de un complejo soluble en medio alcalino. La poza (PLS) ha sido diseñada para contener la solución de 48 horas de proceso cuya capacidad es de 20 000 m3 y está equipada con sistema de control de fugas.
La solución enriquecida lixiviada fluye por gravedad desde las pilas de lixiviación a la poza de solución enriquecida.
