COMPORTAMIENTO REOLOGICO DE LOS RELAVES DE ALTA DENSIDAD

Patrón de comportamiento reológico extremo de relaves chilenos

Dr. Ramón Fuentes Aguilar

Dr. Ing. (Erlangen) Patricio Ruz Guerrero

10 de Noviembre 2010

DESCRIPCION SISTEMICA

ESPESAMIENTO TRANSPORTE

DEPOSITO

MODULOS FUNCIONALES - OPERATIVOS

DESCRIPCION SISTEMICA

TRANSPORTE

ESPESAMIENTO

DEPOSITO

SECUENCIA DE DISEÑO

ASPECTOS INFLUYENTES DE LA REOLOGIA

ESPESAMIENTO

TRANSPORTE

DEPOSITO

•Dinámica de las rastras•Flujo hacia el underflow•Tensión de fluencia en el underflow•Más…

•Pérdidas de carga en las líneas•Tipo de bombas•Derrateo de las bombas•Eventual segregación y depósito de fondo•Más…

•Pendiente de depósito•Encogimiento•Eventual channeling•Más…

TENSION DE FLUENCIA Y VISCOSIDAD DE RELAVES

TENSION DE FLUENCIA:

Dificultad para que se inicie el escurrimiento

Mezger (2006)

TENSION DE FLUENCIA Y VISCOSIDAD DE RELAVES

VISCOSIDADMide la dificultad:� No para fluir� Sí para fluir rápidamente

Experimento virtual:SE EXTRAE BRUSCAMENTE UNA PALETA DESDE UN POTE

LLENO DE UN LIQUIDO. SE ESPERA HASTA QUE EL FILM SE ADELGAZA A LA MITAD A 50 MILIMETROS DESDE EL

PUNTO INICIAL

TENSION DE FLUENCIA Y VISCOSIDAD DE RELAVES

Agua:T = 1/10 segundo

Miel:T = 8 minutos

¿QUE ES UNA PASTA?

¡Esta sí es pasta!

Miguel Digweed

ESTA ES PASTA

¿QUE ES UN RELAVE EN PASTA?

� El asunto comienza a ser difícil.

� Un relave es una suspensión de partículas sólidas en agua industrial, pero esto no dice mucho.

Existen varias definiciones.Casi todas tienen en común el ser vagas y empíricas.En realidad lo que se busca es una caracterización operacional.

Las definiciones más usadas son:

� Según la concentración� Según la tensión de fluencia� Según la facilidad o dificultad de bombeo� Definición según criterios reofísicos (esta es

racional, pero está todavía en desarrollo (Coussot y Ancey, 1999→)

SEGÚN LA CONCENTRACION DE SOLIDOS

DIAGRAMA DE RESISTENCIA

RELAVES NORMALES

RELAVES ESPESADOS

RELAVES EN PASTA

RELAVES SEGÚN CONCENTRACION

� RELAVES DILUIDOS

Cp (10 – 30) [%]

RELAVES NORMALES (CHILENOS Y HOY)

Cp (40 – 60) [%]

� RELAVES ESPESADOS

Cp (60 – 65) [%]

� PASTA

Cp 70 [%]

RELAVES SEGÚN TENSION DE FLUENCIA TAUF

� RELAVES DILUIDOS

TAUF: 0-5 [Pa]

RELAVES NORMALES (CHILENOS Y HOY)

TAUF: 5-20 [Pa]

� RELAVES ESPESADOS

TAUF: 100 [Pa]

� PASTA

TAUF: 300 – [Pa]

TENSION DE FLUENCIAPARA VARIOS RELAVES

Boger (circa 2006)

FACILIDAD O DIFICULTAD PARA BOMBEAR

� LOS RELAVE DILUÍDOS Y RELAVES NORMALES PUEDEN BOMBEARSE EMPLEANDO MAQUINAS CENTRIFUGAS

� CON LOS RELAVES ESPESADOS Y LAS PASTAS PUEDE SER NECESARIO EMPLEAR BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO

TEOREMA (O MITO) DEL LAPIZ

TEOREMA (O MITO) DEL LAPIZ

� ENUNCIADO:

� SI EL LAPIZ QUEDA PARADO, EL RELAVE NO PUEDE IMPULSARSE CON UNA BOMBA CENTRIFUGA

� FELIZMENTE, EL TEOREMA NO ES TAL SINO UN MITO SI SE CONSIDERA COMO PRINCIPIO INFALIBLE:

� EN CHILE, MEDIANTE ENSAYOS REOLOGICOS DE LABORATORIO Y MEDICIONES EN PLANTA PILOTO SE HA LOGRADO DETERMINAR PARA UNA GRAN PLANTA INDUSTRIAL QUE SUS RELAVES PUEDEN SER IMPULSADOS CON BOMBAS ROTODINAMICAS

TEOREMA (O MITO) DE LOS 100 PASCALES

ENUNCIADO:

SI LA TENSION DE FLUENCIA EXCEDE ALGO COMO 100 O 200 PASCALES, EL RELAVE NO PUEDE TRANSPORTARSE HIDRAULICAMENTE

TAMBIEN ES UN MITO, SI SE LE CONSIDERA COMO UN JUICIO INFALIBLE;

ES REAL QUE SI LA TENSION DE FLUENCIA ES MUY ELEVADA HAY QUE AFRONTAR PROBLEMAS ESPECIALES:

� LAMINARIZACION� SEGREGACION� DEPOSITO DE FONDO� FUERTE DERATING DE LAS BOMBAS

PERO TODOS ESTOS ASPECTOS SON ABORDABLES TÉCNICAMENTE MEDIANTE ESTUDIOS REOLOGICOS Y, EVENTUALMENTE, MEDICIONES EN PILOTO

CONSIDERACIONES REO-FISICAS:EN DESARROLLO

(COUSSOT Y ANCEY, 1999 →)

SE DISTINGUEN:

PASTAS PROPIAMENTE TALES:DESCRIPCION:SON SISTEMAS “ATASCADOS BLANDOS”EJEMPLOS:GELES, POLIMEROS, COLOIDES, ESPUMAS

CONCENTRADAS, EMULSIONES

PASTAS GRANULARES:DESCRIPCION:SISTEMAS “ATASCADOS DUROS”EJEMPLOS:SUSPENSIONES ALTAMENTE CONCENTRADAS

PASTAS PROPIAMENTE TALES

TENSIONES VISCOSAS << TENSION DE FLUENCIA:

ENTONCES:REGIMEN DE PASTA – REGIMEN SOLIDO

TENSIONES VISCOSAS >> TENSION DE FLUENCIA

ENTONCES:REGIMEN HIDRODINAMICO – REGIMEN LIQUIDO

PASTAS GRANULARES

FUERZAS VISCOSAS >> FUERZAS MECANICAS

ENTONCES:REGIMEN HIDRODINÁMICO, DE PERCOLACION O DE

LUBRICACION

FUERZAS MECANICAS >> FUERZAS VISCOSAS

ENTONCES:REGIMEN GRANULAR: COLISIONAL O FRICCIONAL

PASTAS GRANULARES

� Regímenes

FUERZAS DE INTERACCION

� Φ: Energía potencial de interacción

RELAVES DECANTABLES Y NO DECANTABLES

� Para fijar ideas:� Se estudia la sedimentación uniforme de una partícula

esférica, de cuarzo, cayendo en agua limpia a 20 [ºC].

Una esfera de 1 [µm] no decanta, debido al movimiento browniano (fuerzas de Langevin)

Diámetro de

partículasVelocidad de

sedimentaciòn

Tiempo para caer 10

cm]

[µm] [mm/sec] [sec]

10 0.1 1070 (18 [min])

100 8 13

300 43 2

MEDICIONES REOLOGICAS RELAVE NO DECANTABLE

MEDICIONES REOLOGICASRELAVE DECANTABLE

REOLOGIA EXPERIMENTAL SUSPENSIONES DECANTABLES

Existen varios artilugios para

estudiar suspensiones

decantables

El que se ha usado exitosamente

en Chile es un cilindro con ranura

helicoidal

(Patente HAAKE)

CIMM (1970 → c 1990)

PUC (1980 → )

JRI (2009 → )

ROTOR LISO Y ROTORDOTADO DE HELICOIDE

Resulta claro que el rotorliso no puede, por sí mismo,contrarrestar la decantaciónde las partículas sólidas

SOFTWARE PARA OBTENCION DE REOGRAMA

Sofra, Paste 2007, p.256

EMPAQUETAMIENTO DE ESFERAS IDENTICAS(SLICHTER, 1899)

EMPAQUETAMIENTO DE ESFERAS

EMPAQUETAMINENTO DE PARTICULAS REALES(NO ESFERICAS -GRANULOMETRIA EXTENDIDA)

INSEGURIDADDE TRANQUES DE RELAVE (I)

� Tailings Dam Failures vs. Conventional Dam failures (ICOLD, 1995)

INSEGURIDADDE TRANQUES DE RELAVE (II)

� Tailings Impoundment Failures by Country (USCOLD, 1994 and UNEP, 1996)

APLICACIÓN INDUSTRIAL DE LA TECNOLOGÍA DE ESPESAMIENTO EXTREMO EN PROYECTOS MINEROS

� JRI se adjudicó el proyecto“Aplicación Industrial de la Tecnología de Espesamiento Extremo en

Proyectos Mineros”,a través fondos de la línea de Innovación Empresarial de CORFO

INNOVA CHILE.

� Este proyecto pretende apoyar la implementación de la tecnología de pastas en los relaves chilenos mediante un conocimiento profundo de éstos.

CORFO INNOVA CHILE(09IEI-3570)

CORFO INNOVA CHILE(09IEI-3570)

�OBJETIVOS DEL PROYECTO

Introducir al mercado nacional el soporte científico y tecnológico para la implementación de la tecnología de Espesamiento

Extremo (relaves en pasta) en la minería nacional.

Implementar su propia plataforma tecnológica en pastas minerales.

Establecer los aspecto técnicos-económicos de la industrialización de pastas en la minería.

Instalación de un Laboratorio de Reología para la investigación y aplicación de espesamiento extremo como una actividad de

innovación en la industria minera

REOMETRO PROGRAMABLE

� REOMETRO HAAKE (KARLSRUHE, 2008)

EJEMPLO N°1 – VISCOSIDAD DE BINGHAM

0

100

200

300

400

500

600

700

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60

µµµµB / µµµµ0

Cv

Mediciones

Modelo de Krieger & Dougherty (1959)

CvMAX

= 0.56

S = 2.64

pH= 11.3

D50 = 65 µm

EJEMPLO N°1 – TENSIÓN DE FLUENCIA

0

100

200

300

400

500

600

700

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60

ττττF [Pa]

Cv

Mediciones

Modelo de Heymann et a (2002)

CvMAX

= 0.53

S = 2.64

pH = 11.3

D50 = 65 µm

EJEMPLO N°2 – VISCOSIDAD DE BINGHAM

0

100

200

300

400

500

600

700

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60

µµµµB / µµµµ0

Cv

Mediciones

Modelo de Krieger & Dougherty (1959)

CvMAX

= 0.56

S = 2.48

pH= 10.8

D50 = 52 µm

EJEMPLO N°2 – TENSIÓN DE FLUENCIA

0

100

200

300

400

500

600

700

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60

ττττF [Pa]

Cv

Mediciones

Modelo de Heymann et al (2002)

CvMAX

= 0.54

S = 2.48

pH = 10.8

D50 = 52 µm

EJEMPLO N°3 – VISCOSIDAD DE BINGHAM

0

100

200

300

400

500

600

700

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60

µµµµB / µµµµ0

Cv

Mediciones

Modelo de Krieger & Dougherty (1959)

CvMAX

= 0.61

S = 2.75

pH = 10.6

D50 = 40 µm

EJEMPLO N°3 – TENSIÓN DE FLUENCIA

0

100

200

300

400

500

600

700

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60

ττττF [Pa]

Cv

Mediciones

Modelo de Heymann et al (2002)

CvMAX

= 0.52

S = 2.75

pH = 10.6

D50 = 40 µm

EJEMPLO N°4 – VISCOSIDAD DE BINGHAM

0

100

200

300

400

500

600

700

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60

µµµµB / µµµµ0

Cv

Mediciones

Modelo de Krieger & Dougherty (1959)

CvMAX

= 0.50

S = 3.06

pH= 8.8

D50 = -

EJEMPLO N°4 – TENSIÓN DE FLUENCIA

0

100

200

300

400

500

600

700

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60

ττττF [Pa]

Cv

Mediciones

Modelo de Heymann et al (2002)

CvMAX

= 0.46

S = 3.06

pH = 8.8

D50 = -

EJEMPLO N°5 – VISCOSIDAD DE BINGHAM

0

100

200

300

400

500

600

700

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60

µµµµB / µµµµ0

Cv

Mediciones

Modelo de Krieger & Dougherty (1959)

CvMAX

= 0.49

S = 2.61

pH= 9.0

D50 = -

EJEMPLO N°5 – TENSIÓN DE FLUENCIA

0

100

200

300

400

500

600

700

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60

ττττF [Pa]

Cv

Mediciones

Modelo de Heymann et al (2002)

CvMAX

= 0.51

S = 2.61

pH= 9.0

D50 = -

EJEMPLO N°6 – VISCOSIDAD DE BINGHAM

0

100

200

300

400

500

600

700

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60

µµµµB / µµµµ0

Cv

Mediciones

Modelo de Krieger & Dougherty (1959)

CvMAX

= 0.64

S = 2.63

pH= 10.7

D50 = 39 µm

EJEMPLO N°6 – TENSIÓN DE FLUENCIA

0

100

200

300

400

500

600

700

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60

ττττF [Pa]

Cv

Mediciones

Modelo de Heymann et al (2002)

CvMAX

= 0.48

S = 2.63

pH= 10.7

D50 = 39 µm

AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan sus reconocimientos :

� Al Sr. Juan Carlos Rayo, Gerente Técnico de JRI

Ingeniería por las facilidades y la cooperación

otorgadas para este documento.

�A la Prof. Juana Galaz por la invitación cursada

para presentar este trabajo.