Combinación de Tecnologías de Manejo de Relaves ... Fernando Pino.pdf · • Uso de hidrociclones...

© 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

© 2011 Jacobs

GENERALES

© 2011 Jacobs

Objetivo

� Proponer algunas ideas para disminuir las pérdidas de agua en los depósitos de relaves; combinando las tecnologías de depositación existentes.

� Además, plantear algunas cuestiones cuyas respuestas podrían mejorar la comprensión del tema del manejo y depositación de relaves y quizás abrir nuevos caminos.

27 October 2011 Slide 3

© 2011 Jacobs27 October 2011 Slide 4

Punto de Vista

En el diseño del manejo y depósito de los relaves participan diversas disciplinas de ingeniería: procesos, hidráulica, geotecnia, geología, hidrogeología, constructibilidad, medio ambiente y otras.

Esta presentación es la visión de un ingeniero de procesos, que ha vivido la evolución en el manejo de relaves desde los años sesenta, primero como operador y después en el diseño de plantas, coordinando con empresas especializadas en el manejo de relaves.

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

© 2011 Jacobs

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 de un depósito de relaves filtrados a presión.

� 2008 Factibilidad Proyecto Caserones, 105.000 t/d

� 2011 Pre factibilidad Caspiche, 150.000 t/d


© 2011 Jacobs

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 incorporación de filtros u otros desaguadores.

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


© 2011 Jacobs

Importancia Actual El manejo de los relaves es crucial para la viabilidad de los proyectos, 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 muy fuertes en Capex y Opex.

• Yacimientos en alta cordillera, con serias dificultades para la selección 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.


© 2011 Jacobs

Reglamento DS 248 - 11/abril/2007-Comentario

� Este reglamento para diseño, construcción, operación y cierre de depósitos de relaves fue un avance relevante; sin embargo, parece necesaria su actualización; por los progresos tecnológicos y metodológicos forjados por las nuevas exigencias.

� El Decreto, en algunos casos, se basó en experiencia foránea, con minerales y escalas de operación diferentes a las nuestras, pero, ya se está estableciendo una rica experiencia conforme 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 nuevas configuraciones y cambios tecnológicos.


© 2011 Jacobs

Geometalurgia y Relaves

Los modelos geometalúrgicos actualmente incorporan las variables requeridas para un adecuado diseño del manejo de relaves. Algunos parámetros 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


© 2011 Jacobs

PÉRDIDAS DE AGUA

© 2011 Jacobs

Agua retenida por fracciones granulométricas

La determinación del comportamiento de un relave para las diferentes fracciones o mezclas de fracciones granulométricas podría ayudar en forma significativa al diseño 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 remanente debe 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 arenas en un rango razonable de la fracción bajo 200 mallas, con sólo una leve variación en el agua retenida. ¿Dónde está el quiebre?. ¿Cuál es el efecto de la mezclas?.


© 2011 Jacobs

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

14,0

16,0

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

Tamaño, mallas

Áre

a, u

nid

ades

rel

ativ

as

Tamaño versus Área

© 2011 Jacobs

Distribución de las pérdidas de agua

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

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

• El agua infiltrada debe ser recuperada, se puede asumir como no 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.


© 2011 Jacobs

Estimación del agua perdida en los relaves (1)

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

P = A*a+B*b+C

La evaporación es variable y las empresas especializadas han desarrollado buenos modelos para cuantificarla.

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

El agua retenida en la fracción final es la equivalente al porcentaje de sólidos que toma el relave en la cubeta en un tiempo largo de decantación y compresión. Se puede estimar mediante pruebas.



Estimación del agua perdida en los relaves (2)

En el caso del relave pasta la recuperación de agua desde el depósito 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 la pérdida con una estimación del agua recuperada, o dejarla como una holgura de seguridad.

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

© 2011 Jacobs

Porcentaje de sólidos y agua contenida


Es una simple relación matemática, como se muestra en el gráfico.

Desde un relave pasta no se recupera agua. Luego hay un excedente 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

m3 /t

Sólidos versus agua/t

© 2011 Jacobs

Efecto de la relación “arenas” a “lamas”


� Usando la fórmula P = A*a + B*b tabulemos los valores del agua perdida en el depósito para un rango razonable de A/B y b, suponiendo que a varía ente 10% y 14% en el rango de A/B (por mayor contenido de la fracción bajo 200 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 72,5

0 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

© 2011 Jacobs

TIPOS DEPOSITOS DE RELAVES


DS 248, Reglamento para Diseño, Construcción, Operación y Cierre de Depósitos de Relaves

El DS 248, promulgado el 11 de abril del 2007, clasifica los depósitos de relaves en:

• Tranque de Relaves, con muro de arenas

• Embalses de Relaves, con muro de empréstito

• Relaves espesados

• Relaves en pasta

• Relaves Filtrados

© 2011 Jacobs

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.

© 2011 Jacobs

Tranque de Relaves (comentarios)


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

Método típico:

� Espesamiento en la planta en espesadores alta capacidad; al máximo porcentaje de sólidos aceptable para este tipo de espesador 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 lamas en la cubeta. Si es necesario, recircular de agua en el lugar para controlar la alimentación a los ciclones

� La práctica corriente es usar sólo la cantidad de arenas necesaria el muro.

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

© 2011 Jacobs

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.

© 2011 Jacobs

Embalse de Relaves (comentarios)


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

� Se aplica cuando no es viable otro método.

� Posibilidad de usar estéril chancado de la mina, combinado con 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?

© 2011 Jacobs

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.

© 2011 Jacobs

Relaves Filtrados (comentarios)

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

� Es el de menor consumo de agua� Normalmente, para obtener un relave estructuralmente

resistente, con una humedad inferior al 20% se requiere filtros a 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.


© 2011 Jacobs

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.

© 2011 Jacobs

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 a pasta es variable. En los yacimientos del norte chileno es del orden de 70 %.

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

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

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


� El costo de inversión de los espesadores tipo pasta es el doble que los espesadores de alta densidad y tres veces de los espesadores de alta capacidad.

� En el caso de ser necesario un doble espesamiento hay que considerar 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 estáentre 0.45 a 0.35 m3/t.

Relaves en Pasta (comentarios 2)

© 2011 Jacobs

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.

© 2011 Jacobs

� El término “relave espesado” es muy amplio.

� Hoy ya existe una operación de alto tonelaje en Chile, que servirá de referencia; con un nivel cercano a pasta y uso directo de agua de mar en la flotación, disminuyendo el costo del 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 COMBINAR TECNOLOGÍAS

© 2011 Jacobs

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 relaves en la cercanía.

− El agua agregada es para efectos de la flotación, pero se agrega en la molienda, por lo cual es recomendable ubicar la planta completa y el depósito 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 ventajas en 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 con probabilidad regenerativas es una oportunidad que se debe explorar.


© 2011 Jacobs


� 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 decidido depositar por separado las arenas (55%) en un depósito (no muro) y las lamas (45%) en un embalse con muro de tierra. La maximización de arenas maximizó la recuperación de agua.En este caso, más del 80% del agua recuperable se recupera inmediatamente al lado de la planta concentradora.


© 2011 Jacobs


�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 más adecuado (filtros de banda o a presión, o harneros desaguadores).

De esta manera, para grandes tonelajes de relaves se podría usar equipos de tamaño razonable y más especializados para cada fracción. Esta es una idea propia y, que a conocimiento del autor, no ha sido implementada. Se sugiere explorarla en mayor profundidad.


© 2011 Jacobs

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


© 2011 Jacobs

Efectos del Proceso en los Relaves

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

Se sugiere tener en consideración la alternativa de depositar en forma 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

© 2011 Jacobs

Propiedades que dependen de la granulometría.

Además del agua retenida, hay otras propiedades importantes que 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


© 2011 Jacobs

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 consume un 20% del agua en la Región I, 70% en la II y 60% en la III, por lo cual se visualiza como solución el uso de agua de mar.

En los estudios metalúrgicos se debe considerar, al menos a nivel 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$/(m3/d)], para una capacidad entre 500 y 1000 [L/s], con un costo de operación en el orden de 0.20 a 0.25 [US$/m3].

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


© 2011 Jacobs

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



Copyright

Copyright of all published material including photographs, drawings and images in this document remains vested in Jacobs and third party contributors as appropriate. Accordingly, neither the whole nor any part of this document shall be reproduced in any form nor used in any manner without express prior permission and applicable acknowledgements. No trademark, copyright or other notice shall be altered or removed from any reproduction.


Disclaimer

This Presentation includes and is based, inter alia, on forward-looking information and statements that are subject to risks and uncertainties that could cause actual results to differ. These statements and this Presentation are based on current expectations, estimates and projections about global economic conditions, the economic conditions of the regions and industries that are major markets for Jacobs Inc. (including subsidiaries and affiliates) lines of business. These expectations, estimates and projections are generally identifiable by statements containing words such as “expects”, “believes”, “estimates” or similar expressions. Important factors that could cause actual results to differ materially from those expectations include, among others, economic and market conditions in the geographic areas and industries that are or will be major markets for Jacobs’ businesses, oil prices, market acceptance of new products and services, changes in governmental regulations, interest rates, fluctuations in currency exchange rates and such other factors as may be discussed from time to time in the Presentation. Although Jacobs Inc. believes that its expectations and the Presentation are based upon reasonable assumptions, it can give no assurance that those expectations will be achieved or that the actual results will be as set out in the Presentation. Jacobs Inc. is making no representation or warranty, expressed or implied, as to the accuracy, reliability or completeness of the Presentation, and neither Jacobs Inc. nor any of its directors, officers or employees will have any liability to you or any other persons resulting from your use.

Jacobs consists of many legally independent entities, constituting their own separate identities. Jacobs is used as the common brand or trade mark for most of these entities. In this presentation we may sometimes use “Jacobs”, “we” or “us” when we refer to Jacobs companies in general or where no useful purpose is served by identifying any particular Jacobs company.

Combinación de Tecnologías de Manejo de Relaves ... Fernando Pino.pdf · • Uso de hidrociclones...

Documents

Transcript of Combinación de Tecnologías de Manejo de Relaves ... Fernando Pino.pdf · • Uso de hidrociclones...