01 Fernando Pino[1]

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© 2011 Jacobs27 October 2011

Combinación de Tecnologías de Manejo de

Relaves – Disminución del Consumo de AguaFernando Pino, Ingeniero Civil de Minas con Mención en Geología, U de Chile.Especialista en Procesos y Comisionamiento.Seminario 2011 de Relaves en Pasta



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GENERALES



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Objetivo

Proponer algunas ideas para disminuir las pérdidas de agua

en los depósitos de relaves; combinando las tecnologías dedepositación existentes.

Además, plantear algunas cuestiones cuyas respuestaspodrían mejorar la comprensión del tema del manejo ydepositación de relaves y quizás abrir nuevos caminos.

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Punto de Vista

En el diseño del manejo y depósito de los relaves participandiversas disciplinas de ingeniería: procesos, hidráulica,geotecnia, geología, hidrogeología, constructibilidad, medioambiente y otras.

Esta presentación es la visión de un ingeniero de procesos, queha vivido la evolución en el manejo de relaves desde los añossesenta, primero como operador y después en el diseño deplantas, coordinando con empresas especializadas en elmanejo de relaves.

El que ha sido sacristán sabe lo que pasa detrás del altar .



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Recuerdos Relevantes

1961,Visita a La Africana. Uso de relaves como relleno de mina

1964, Ampliando un tranque de relaves con muchos años fuera

de servicio el buldózer se hunde. 1964, Visita Tranque El Soldado, un poco antes de su colapso.

1980 Operación por varios años en El Indio de un embalse de

relaves con muro de empréstito. Fuga de soluciones.

1986 Participación en el diseño, construcción y operación deun depósito de relaves filtrados a presión.

2008 Factibilidad Proyecto Caserones, 105.000 t/d

2011 Pre factibilidad Caspiche, 150.000 t/d




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Evolución desde los años sesenta en Chile

• Simple escurrimiento hacia la pampa o hacia el mar.

• Transporte en acequias o canaletas de madera. Segregación

de las arenas en el muro por simple gravedad.• Uso de hidrociclones para mejorar los muros de arena

• Uso de espesadores antes de transportar los relaves.

• Evolución de las tecnologías de espesamiento e incorporaciónde filtros u otros desaguadores.

• Conciencia de la importancia del tema, que se refleja enestudios científicos, tecnológicos, mejoramiento de los equiposy en el diseño del transporte y depositación de relaves.




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Importancia ActualEl manejo de los relaves es crucial para la viabilidad de losproyectos, entre otras razones por:

• Falta de agua y alto costo de suministro (uso de agua de mar).

• Proyectos sobre 100.000 t/d y operaciones superando esta cifra.

• Relaves a depositar hasta sobre mil millones de toneladas.

• Minerales cada vez de más baja ley, con restricciones muyfuertes en Capex y Opex.

• Yacimientos en alta cordillera, con serias dificultades para laselección de sitios adecuados para depositar los relaves.

• Restricciones medio ambientales y relaciones con la comunidad,

por el consumo de agua, riegos de deslizamientos y filtraciones.




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Reglamento DS 248 - 11/abril/2007-Comentario

Este reglamento para diseño, construcción, operación ycierre de depósitos de relaves fue un avance relevante; sinembargo, parece necesaria su actualización; por los progresos

tecnológicos y metodológicos forjados por las nuevas exigencias. El Decreto, en algunos casos, se basó en experienciaforánea, con minerales y escalas de operación diferentes a las

nuestras, pero, ya se está estableciendo una rica experienciaconforme a nuestra propia realidad.

La definición de los tipos de depósitos tiene la ventaja de la

precisión, pero deja poca flexibilidad para la creación de nuevasconfiguraciones y cambios tecnológicos.




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Geometalurgia y Relaves

Los modelos geometalúrgicos actualmente incorporan las variablesrequeridas para un adecuado diseño del manejo de relaves. Algunosparámetros relevantes son:− Distribución granulométrica y contenido de Arcillas− Velocidad de percolación y agua retenida en las arenas− Velocidad de decantación y consumo de floculantes− Tiempo de comprensión y porcentaje de sólidos alcanzable en la

etapa de compresión− Viscosidad y esfuerzo de corte (shear stress) de las pulpas− Reología y transporte de pulpa

−

Geotecnia para el diseño del depósito− Coeficientes de diseño para los equipos




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PÉRDIDAS DE AGUA



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Agua retenida por fracciones granulométricas

La determinación del comportamiento de un relave para lasdiferentes fracciones o mezclas de fraccionesgranulométricas podría ayudar en forma significativa aldiseño óptimo de un sistema de desaguado de los relaves.

Además de otros factores, como ser porosidad y mineralogía,hasta un cierto tamaño de partículas, la humedad remanentedebe ser proporcional a la razón entre la superficie y el peso

de la partícula.En un caso real se determinó el agua retenida en las arenasen un rango razonable de la fracción bajo 200 mallas, consólo una leve variación en el agua retenida. ¿Dónde está elquiebre?. ¿Cuál es el efecto de la mezclas?.




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Relación entre granulometría y retención de agua


El gráfico muestra la relación entre agua retenida y tamaño de las partículas,asumiendo que la humedad es proporcional a la superficie por unidad de peso.

Tamaño versus Área

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,016,0

32 35 42 48 60 65 80 100 115 150 170 200 250 270 325 400

Tamaño, mallas

Á r e a , u n i d

a d e s r e l a t i v a s

Tamaño versus Área



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Distribución de las pérdidas de agua

• El principal consumo de agua es la pérdida en los relaves; yaque con las leyes de cabeza actuales, el peso de losconcentrados es sólo un centésimo del peso del mineral.

• Las pérdidas de agua en los relaves es la retenida en el muro yen la fracción depositada en la cubeta, más el agua evaporaday la infiltrada en el terreno.

• El agua infiltrada debe ser recuperada, se puede asumir comono significativa e incluir en la evaporación.

• A nivel de Proyecto, la pérdida de agua debe ser estimada,

pero en una operación real dicha pérdida se puede medir.




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Estimación del agua perdida en los relaves (1)

Sean “P” la pérdida de agua; “A” y “a” el peso y aguaretenida en las arenas; “B” y “b” el peso y agua retenida enla fracción fina; C el agua evaporada; en [m3 /t].

P = A*a+B*b+CLa evaporación es variable y las empresas especializadashan desarrollado buenos modelos para cuantificarla.

El agua retenida en las arenas y la velocidad de percolaciónse pueden estimar con pruebas. Se ha sugerido verificar lapérdida por evaporación, considerando el efecto capilaridad.

El agua retenida en la fracción final es la equivalente alporcentaje de sólidos que toma el relave en la cubeta en untiempo largo de decantación y compresión. Se puedeestimar mediante pruebas.





Estimación del agua perdida en los relaves (2)

En el caso del relave pasta la recuperación de agua desde eldepósito es cero la fórmula se puede simplificar a

P = A*a+B*b.Para un ”casi pasta” se puede y hacer un pequeño ajuste de lapérdida con una estimación del agua recuperada, o dejarla comouna holgura de seguridad.

(P = A*a+B*b’-R), en que b’ es el agua que entra a la cubeta y Rel agua recuperada. La diferencia entre a y b’ explica laimportancia de maximizar la relación A/B, como veremos más

adelante.



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Porcentaje de sólidos y agua contenida


Es una simple relación matemática, como se muestra en elgráfico.

Desde un relave pasta no se recupera agua. Luego hay unexcedente de agua cuya recuperación depende de la evaporación(área de evaporación y condiciones ambientales).

Sólidos versus agua/t

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

50 55 60 65 70 75

% sólidos

m 3 / t

Sólidos versus agua/t



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Efecto de la relación “arenas” a “lamas”


Usando la fórmula P = A*a + B*b tabulemos los valores del agua perdida enel depósito para un rango razonable de A/B y b, suponiendo que a varíaente 10% y 14% en el rango de A/B (por mayor contenido de la fracción bajo200 mallas) y que b es el contenido de agua equivalente en la pulpa.

(descontada la recuperación efectiva desde la cubeta).

Contenido de agua, m3/t

% % de sólidos en la descarga del espesador

Arenas 55,0 57,5 60,0 62,5 65,0 67,5 70,0 72,50 0,82 0,74 0,67 0,59 0,54 0,47 0,43 0,37

35 0,57 0,52 0,43 0,39 0,35 0,31 0,28 0,25

40 0,53 0,49 0,40 0,36 0,32 0,29 0,26 0,23

45 0,50 0,46 0,37 0,33 0,30 0,26 0,24 0,21

50 0,47 0,43 0,33 0,30 0,27 0,24 0,21 0,19

55 0,44 0,41 0,30 0,27 0,24 0,22 0,19 0,17

60 0,41 0,38 0,27 0,24 0,22 0,19 0,17 0,15



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TIPOS DEPOSITOS DE RELAVES




DS 248, Reglamento para Diseño, Construcción,

Operación y Cierre de Depósitos de RelavesEl DS 248, promulgado el 11 de abril del 2007, clasifica losdepósitos de relaves en:

• Tranque de Relaves, con muro de arenas• Embalses de Relaves, con muro de empréstito

• Relaves espesados

• Relaves en pasta

• Relaves Filtrados



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Tranques de Relaves


Aquel depósito de relaves donde el muro de contención es construido con la fracción mas gruesa del relave (arenas).

Las arenas deben contener menos de 20% bajo 74 µm.

En el caso de la presentación de un proyecto de

Tranque de Relaves, el Servicio aprobará sólo los proyectos donde el volumen de la cubeta, sea a lo menos tres veces el volumen de los muros de contención.



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Tranque de Relaves (comentarios)


Sólo los depósitos con muro de arenas se llaman “tranque”.Método típico:

Espesamiento en la planta en espesadores alta capacidad; almáximo porcentaje de sólidos aceptable para este tipo deespesador y para el transporte seguro hacia el tranque.

Clasificación en hidrociclones junto al muro del tranque,

depositación de las arenas en el muro y descarga de las lamasen la cubeta. Si es necesario, recircular de agua en el lugarpara controlar la alimentación a los ciclones

La práctica corriente es usar sólo la cantidad de arenasnecesaria el muro.

¿Razón de exigencia: volumen cubeta/volumen de muro = 3:1?.



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Embalses de Relaves


Depósito de relaves donde el muro de contención está construido con material de empréstito y se encuentra impermeabilizado en el

coronamiento y en su talud interno.

La impermeabilización puede estar realizada con un material natural de baja permeabilidad o de material sintético como

geomembrana de alta densidad.También se llama embalses de relaves aquellos depósitos ubicados en alguna depresión del terreno en que no se requiere la construcción de un muro de contención.



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Embalse de Relaves (comentarios)


Alto CAPEX y mayores pérdidas de agua, al no tener laventaja del drenaje de agua desde las arenas.

Se aplica cuando no es viable otro método.

Posibilidad de usar estéril chancado de la mina, combinadocon métodos IPCC y EPCC de manejo de estéril en el rajo.

Sería recomendable cuantificar “baja permeabilidad”.

Geomenbrana de “alta densidad” es restrictivo.

Explicitar alternativa de uso de estéril de mina.

¿Es posible usar mezcla de relaves con estéril de mina?



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Relaves Filtrados


Depósito de relaves donde, antes de ser depositados, son

sometidos a un proceso de filtración, mediante equipos especiales de filtros, donde se asegure que la humedad sea menor a un 20%.

Deberá asegurarse que el relave así depositado no fluya a otras áreas distintas a las del emplazamiento determinado.



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Relaves Filtrados (comentarios)

Es el método de mayor costo combinado Capex/Opex; aúnacreditando el ahorro por el menor consumo de agua.

Es el de menor consumo de agua Normalmente, para obtener un relave estructuralmenteresistente, con una humedad inferior al 20% se requiere filtrosa presión.

Debe ser de interés desarrollar filtros de mayor tamaño,considerando los grandes tonelajes a filtrar.

El manejo de materiales es complejo, pero las tecnologías de

correas transportadoras también han mejorado.




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Relaves en Pasta


Depósito de relaves que presenta una situación intermedia entre el relave espesado y el relave filtrado.

Corresponde a una mezcla de relaves sólidos y agua – entre 10 y 25% de agua.

Contiene partículas finas, menores de 20 µm en una concentración en peso superior al 15%, muy similar a una pulpa de alta densidad.

Su depositación se efectúa en forma similar al relave filtrado, sin necesidad de compactación, poseyendo consistencia coloidal.



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Relaves en Pasta (comentarios 1)


El relave en pasta está definido por sus propiedades reológicas.

El porcentaje de sólidos en que una pulpa cambia su condición apasta es variable. En los yacimientos del norte chileno es del

orden de 70 %.

El punto de quiebre depende de las características de relave, enparticular la fineza y el contenido de arcillas.

La impulsión de los relaves en pasta requiere del uso debombas de desplazamiento positivo, de alto costo de inversión.

La ventaja es que no requiere muro de contención, sólo deconfinamiento.




El costo de inversión de los espesadores tipo pasta es el dobleque los espesadores de alta densidad y tres veces de los

espesadores de alta capacidad.

En el caso de ser necesario un doble espesamiento hay queconsiderar la duplicación del CAPEX y el OPEX del

espesamiento. Para un verdadero relave en pasta, con un shear stress

manejable y 67% a 72% sólidos, el consumo de agua está

entre 0.45 a 0.35 m3 /t.

Relaves en Pasta (comentarios 2)



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Relaves Espesados


Depósito de relaves donde, antes de ser depositados, son sometidos a un proceso de sedimentación, mediante

espesadores, eliminándole una parte importante del agua que contienen.

El depósito de relaves espesados deberá ser construido de tal forma que se impida que el relave fluya a otras áreas distintas a las del emplazamiento determinado y contar con un sistema de piscinas de recuperación del agua remanente.



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El término “relave espesado” es muy amplio.

Hoy ya existe una operación de alto tonelaje en Chile, queservirá de referencia; con un nivel cercano a pasta y uso

directo de agua de mar en la flotación, disminuyendo el costodel agua y mejorando la consolidación del depósito.

Se ha usado como límite práctico para el límite superior del

porcentaje de sólidos el uso de bombas centrífugas. El agua contenida en un relave espesado entre 63% y 68%

varía entre 0.59 y 0.37 m3 /t, pero existe la posibilidad de una

recuperación de parte del agua excedente.


Relaves Espesados (comentario)




CONSIDERACIONES PARA COMBINARTECNOLOGÍAS



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Consideraciones (1/3)

Ubicación de la planta− Los actuales yacimientos en desarrollo se encuentran en alta

montaña, con serias dificultades para ubicar los depósitos de relavesen la cercanía.

− El agua agregada es para efectos de la flotación, pero se agrega en lamolienda, por lo cual es recomendable ubicar la planta completa y eldepósito de relaves a corta distancia.

− Ubicarse la planta bajo los 3000 msnm permite ubicar buenos sitios

para los relaves en una topografía no tan escarpada y tiene ventajasen Capex y Opex.− Si se requiere agua de mar o desalada se disminuye el costo del

suministro−

Bajar el mineral chancado primario en correas overland y conprobabilidad regenerativas es una oportunidad que se debe explorar.




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Clasificación y Relación arenas/lamas− Como ha señalado el autor en esta presentación, clasificar los

relaves para maximizar la recuperación de arenas a su vez

maximiza la recuperación de agua.− Combinar la construcción de un muro de arenas con la

depositación de lamas espesadas en alta densidad o pasta,puede optimizar el consumo de agua.

− Un proyecto que pronto entrará en operación ha decididodepositar por separado las arenas (55%) en un depósito (nomuro) y las lamas (45%) en un embalse con muro de tierra. Lamaximización de arenas maximizó la recuperación de agua.

En este caso, más del 80% del agua recuperable se recuperainmediatamente al lado de la planta concentradora.




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Clasificación y Relación arenas/lamas (cont.)Parece de interés la idea de separar los relaves en tres fracciones:Gruesos para ser drenados naturalmente,

Ultrafinos que deben ser espesados a alta densidad,Tamaño medio que puede ser desaguado con el equipo másadecuado (filtros de banda o a presión, o harneros desaguadores).

De esta manera, para grandes tonelajes de relaves se podría usarequipos de tamaño razonable y más especializados para cadafracción. Esta es una idea propia y, que a conocimiento del autor,

no ha sido implementada. Se sugiere explorarla en mayorprofundidad.




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Agradecimientos

A Juanita Galaz y a la Dirección del Seminario,

por su invitación y la oportunidad de una presentación.

A Pablo Amigo, Director de Tecnología de Jacobs, por su aprobación y apoyo.

FIN




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Efectos del Proceso en los Relaves

Hay un fuerte efecto de la molienda del mineral y la remoliendade los concentrados en el comportamiento de los relaves. Lasobremolienda es negativa por el consumo de energía,resultados metalúrgicos y comportamiento de los relaves.

Se sugiere tener en consideración la alternativa de depositar enforma separada las colas de la limpieza, por:

Su mayor ley y oportunidad de tratamiento futuro

Su menor velocidad de decantación, filtración, percolación,capacidad de compresión y su mayor humedad remanente

Sus diferentes propiedades geotécnicas y reológicas



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Propiedades que dependen de la granulometría.

Además del agua retenida, hay otras propiedades importantesque dependen de la granulometría:• Velocidad de percolación

• Velocidad de decantación• Consumo de floculantes• Tiempo de comprensión

• Porcentaje de sólidos alcanzable en la etapa de compresión• Viscosidad y esfuerzo de corte (shear stress) de las pulpas

• Propiedades reológicas

• Propiedades geotécnicas• Coeficientes de diseño para los equipos


Uso de agua de mar



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Uso de agua de mar

El consumo de agua en Chile se distribuye en un 80% agrícola,8% industria, 7% minería y 5% potable; pero la minería consumeun 20% del agua en la Región I, 70% en la II y 60% en la III, porlo cual se visualiza como solución el uso de agua de mar.

En los estudios metalúrgicos se debe considerar, al menos anivel exploratorio, la posibilidad de uso de agua de mar o salada.

El costo de suministro de agua se debe tener en cuenta al

seleccionar el método de manejo de relaves.El costo de capital para una planta RO está en el orden de 1200[US$/(m3 /d)], para una capacidad entre 500 y 1000 [L/s], con uncosto de operación en el orden de 0.20 a 0.25 [US$/m3].

El Capex y Opex de impulsión es variable y depende de lascondiciones de cada proyecto.


E i d j l l



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Equipos para desaguar y manejar los relaves

Drenaje natural y captación de las aguas drenadas.

Separación de fracciones gruesas y finas mediante

hidrociclones. Espesadores convencionales, alta capacidad, alta densidad y

pasta.

Filtros de banda y a presión, harneros desaguadores Bombas centrífugas y de desplazamiento positivo

Correas transportadoras, moto traíllas y camiones


C i ht




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