Unidad Operativa

Cuajone

Tema ESPESAMIENTO DE ALTA DENSIDAD Y TRANSPORTE POR GRAVEDADDE RELAVES CUAJONE

Comité Procesos Metalúrgicos Trabajo Técnico N° TT - 136Autor (es) José Héctor Figueroa Paredes / Javier Román MedranoE-Mail jhfigueroa@SouthernPeru.com.pe

jroman@southernperu.com.pe Teléfono 052-466111 Anx.

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Resumen

La industria del procesamiento de minerales viene enfrentando en los últimos tiempos

severas restricciones en la disponibilidad de agua para sus operaciones; la escasez del

recurso hídrico plantea incorporar en los procesos productivos alternativas de

procesamiento orientados a optimizar el consumo de agua, éste es el caso de Southern

Copper Corporation, que esta considerando tecnologías de espesamiento de alta

densidad a fin de maximizar la recuperación de agua de los relaves de Cuajone, para de

ésta manera asegurar los requerimientos de agua para sus proyectos de expansión.

Un programa de pruebas piloto fue completado a fin de investigar la factibilidad de

recuperar agua de los relaves Cuajone, éstas se completaron con la colaboración de tres

compañías lideres en tecnologías de espesamiento, los resultados muestran que es

factible recuperar agua de los relaves Cuajone a una tasa de 315 L/s y que además la

pulpa densificada puede fluir por gravedad a través del sistema de canales existente.

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1 Introducción

El espesamiento de relaves Cuajone ha sido estudiado por Southern Copper Corporation

(SCC) en años anteriores, el objetivo de dichos estudios fue obtener un descarga de

relaves con características de pasta para su posterior disposición final, los resultados

mostraron la factibilidad técnica del proyecto; sin embargo el análisis económico

determinó la inviabilidad del mismo, debido principalmente a los altos costos de

operación y de capital asociados al manejo de la pulpa altamente densificada (pasta), los

mismos que para su transporte requieren de bombas de desplazamiento positivo y

sistema de tuberías apropiado.

A pesar de los resultados desfavorables de los estudios previos, SCC ha tomado un

nuevo acercamiento a las tecnologías de espesamiento, de ésta manera se programaron

pruebas piloto a fin de evaluar el espesamiento de relaves mediante espesadores de alta

densidad que permita el manejo de pulpa densificada; pero sin alcanzar la consistencia

de pasta.

2 Consideraciones Generales

SCC tiene en Perú dos unidades operativas de clase mundial las cuales son: Cuajone y

Toquepala, ambas unidades comparten una misma represa de relaves denominada

Quebrada Honda, la cual esta localizada en el área de influencia de Toquepala. Los

relaves Cuajone son transportados hasta Toquepala a través de un sistema de canales

con pendiente de 1-1.5%; ya en Toquepala ambos relaves se mezclan y son

transportados por gravedad para su disposición final en la represa de relaves (Figura 1).

Figura 1 Diagrama esquemático del sistema de disposición de relaves

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Debido a las características del sistema de canales y a las propiedades reológicas de los

relaves Cuajone, éstos son descargados en la planta Concentradora a un porcentaje de

sólidos en el rango de 52% - 54% y una tasa de 87000 tpd, en general los relaves

Cuajone son conocidos por ofrecer dificultados para su procesamiento debido a las

propiedades mineralógicas adversas asociadas al contenido de arcillas.

SCC consideró necesaria la participación de tres proveedores líderes en tecnologías de

espesamiento a fin de desarrollar el plan de pruebas a escala piloto, de ésta manera tres

plantas piloto fueron instaladas en el sitio de pruebas próximo a las operaciones de

Toquepala, las mismas que entraron en operación de manera simultanea.

Las pruebas piloto fueron programadas para su ejecución por seis semanas continuas,

se tomó especial cuidado en proveer a cada proveedor muestras representativas de

relave, para tal fin de diseño un sistema de captación y distribución de relaves, la calidad

de éstos fue monitoreada continuamente a fin de garantizar la representatividad de la

pulpa distribuida a las tres plantas.

3. Pruebas en Planta Piloto

3.1 Objetivo

Recuperar agua a un caudal y especificaciones apropiadas para ser destinado en

los futuros proyectos de expansión en la unidad operativa Toquepala.

Alcanzar una descarga de relaves de alta densidad, por efecto de la compresión y

el tiempo de residencia dados por la mayor altura de cama (espesadores de alta

densidad).

La pulpa densificada debe tener la capacidad de fluir por efecto de la gravedad a

través de los canales existentes y hasta su disposición final.

3.2 Caracterización de Relaves

Especial atención se tomó al muestreo y caracterización de la alimentación a las plantas

piloto, ello en razón de las propiedades reológicas adversas de los relaves Cuajone

frente al espesamiento, por tal razón se requirió mantener coordinaciones con las áreas

de Mina y Planta Concentradora Cuajone a fin de procesar durante el periodo de pruebas

mineral que represente a las rocas de mayor ocurrencia en las reservas, de ésta manera

durante el periodo de pruebas fueron procesados mineral con contenido predominante

de rocas tipo Latita Porfirítica y Andesita Intrusiva (figura 2).

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Figura 2 Mineral entregado por Mina a planta Concentradora - Periodo de pruebas

Es importante considerar que hay un retraso de 24 a 48 horas desde que el mineral es

entregado a la planta Concentradora y su arribo al sitio de pruebas, ello depende de la

altura de la pila de almacenamiento, del tiempo de residencia en Planta Concentradora y

el tiempo de recorrido de los relaves hasta el punto de pruebas (aprox. 25 Km).

La caracterización granulométrica de muestras compósito colectadas diariamente,

muestra que el mineral con contenido predominante de rocas tipo andesita intrusiva son

en general más finos comparado a las muestras compuestas por rocas tipo latita

Porfirítica (figura 3). La principal característica de la andesita es su mayor contenido de

arcillas, lo cual hace que éste material ofrezca resistencia al espesamiento y tenga un

comportamiento reológico desfavorable.

Figura 3 Granulometría promedio de la alimentación

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Se practicaron ensayos reológicos sobre muestras de ambos materiales (latitas

Porfirítica y andesitas intrusivas), para lo cual se prepararon muestras sintéticas a

diferentes porcentajes de sólidos a las cuales se midió su resistencia a la fluencia (Yield

stress). Los resultados muestran que las rocas de andesita intrusiva presentan alta

resistencia al flujo significativamente mayor que el mineral con predominancia de rocas

de latita porfirítica.

La Figura 4 muestra la respuesta reológica diferente entre ambos tipos de material, lo

que significa que aquellos relaves con contenido predominante de rocas tipo andesíticas

intrusivas limitan la capacidad del flujo de relave, consecuentemente éstas diferencias se

incrementan cuanto mayor es la densidad de la pulpa.

Figura 4 Resistencia a la fluencia por tipo de roca

3. 3 Programa de Pruebas

En función a los objetivos propuestos se desarrollo un programa de pruebas detallado a

fin de evaluar el rendimiento de cada una de las tecnologías en estudio, especial

atención se tomó a la representatividad de la alimentación entregada a cada uno de los

proveedores, el tipo de floculante fue el mismo en los tres casos (floculante de uso en

planta) de manera que se evalué tanto el rendimiento individual como el comparativo,

sólo en la fase VI se dejo en libertad a las compañías para el cambio en el floculante de

acuerdo a los resultados de la pruebas de selección de floculante, realizados por cada

proveedor.

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Fase PeríodoObjetivo

% sólidos underflowFloculante

I May 12 - May 16 63% Floerger 923II May 16 - May 22 65% Floerger 923II May 22 - May 27 67% Floerger 923IV May 27 - May 30 69% Floerger 923V May 30 - Jun 18 65 - 66% Floerger 923

VI Jun 18 - Jun 21 65 - 66% Proveedor

Tabla 1 Programa de pruebas

3.4 Resultados de las pruebas piloto de espesamiento

El resultado promedio de las tres plantas piloto (operadas simultáneamente) son

mostrados en la figura 5, a pesar que el rendimiento de un Proveedor difiere

significativamente de los otros dos, los tres encontraron en general el mismo

comportamiento de los relaves frente al espesamiento de alta densidad.

Figura 5 Resultados promedio - Campaña piloto

El resultado de las pruebas estuvo altamente influenciado por los cambios en la

mineralogía de la alimentación a las plantas, en las campañas de la fase I a la IV, el tipo

de roca procesado fue predominantemente latita porfirítica, alcanzándose niveles de

espesamiento del orden de 69% de sólidos en la descarga de los espesadores.

En la Fase V el objetivo fue obtener 65- 66 % de sólidos en la descarga, así era de

esperar el incremento de la tasa de alimentación conforme se disminuía el porcentaje de

sólidos en el underflow, sin embargo debido al cambios en la mineralogía de los relaves

no fue posible incrementar la tasa de alimentación como se muestra en la figura 5,

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apreciándose que el porcentaje de sólidos en la descarga disminuye al igual que la tasa

de alimentación.

Solo en la ultima campaña fue posible incrementar el porcentaje de sólidos en la

descarga debido al cambio en la mineralogía a rocas (retorno a la latita porfiríticas), la

altura de la cama fue mantenida cerca de 5 metros en todas las campañas donde el

objetivo de espesamiento fue superior a 65% de sólidos.

Continuamente a lo largo del periodo de pruebas los tres proveedores realizaron pruebas

reológicas sobre muestras frescas a la descarga de sus equipos, como referencia se

tiene registros de yield stress (sin cizallar) en un rango de 50 a 400 Pa correspondientes

a niveles de espesamiento de 60 a 70 % de sólidos.

3.5 Resultados de las pruebas en canaleta

Los relaves espesados Cuajone presentan una alta resistencia al flujo por gravedad,

registrándose valores de yield stress sin cizallar en el rango de 100 a 200 Pa, valores

que varían en función de la mineralogía, el porcentaje de sólidos y del floculante

dosificado durante el espesamiento.

Las pruebas reológicas en canaleta muestran que la resistencia al flujo puede ser

reducido mediante cizallamiento, los ensayos de fluidez realizados en el canal de

pruebas muestran que es posible reducir la resistencia inicial de la pulpa por el efecto de

cizallamiento originado por el flujo de la propia pulpa a través del canal de pruebas.

Figura 6 Reducción del yield stress por efecto del flujo de relaves

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La figura 6 muestra la descarga inicial del espesador con 103 Pa, la misma que es

reducida por efecto de cizallamiento originado por el flujo del mismo relave a través de la

canaleta, así se aprecia una significativa reducción del yield stress, sin embargo hay un

limite en la reducción de la resistencia al flujo, la cual es altamente dependiente de las

propiedades reológicas de la pulpa.

El flujo por gravedad es también dependiente de la pendiente del canal, por ello las

pruebas fueron llevadas a cabo a pendientes críticas a fin de determinar el nivel de

reducción del yield stress que se requiere para permitir el flujo del relave densificado. La

Figura 7 muestra que los relaves con 66% de sólidos y una pendiente de canal de 2.5%

requiere una reducción de la resistencia a por lo menos 60 Pa para poder fluir por

gravedad, para el caso de 1.5% de pendiente la resistencia debe ser reducida a niveles

por debajo de 50 Pa.

Figura 7 Mínima Resistencia a la compresión requerida para fluir por gravedad

4. Conclusiones

Es posible producir un Underflow altamente densificado a partir de los relave de

Cuajone mediante espesadores de alta densidad.

De acuerdo a la caracterización reología de los relaves de Cuajone, éstos pueden

fluir por gravedad por debajo de 66% de sólidos siempre que el yield stress

pueda ser reducida a niveles de 60 Pa. Esto significa que a escala industrial un

sistema de cizallamiento debe ser instalado en la descarga del espesador.

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Es posible recuperar agua de los relaves Cuajone a razón de 315 L/s, esta razón

podría ser mayor dependiendo de la densidad de sólidos en la alimentación

(Tabla 2).

Alimentación

% de sólidos

Recuperación de agua (L/s)

% de sólidos (Underflow)

61% 63% 65% 67% 69%

48% 477 500 549 595 639

50% 363 416 465 511 555

52% 286 338 387 434 477

54% 214 266 315 362 405

55% 180 180 282 328 371Tabla 2 Escenarios de recuperación de agua

Reconocimientos

Los autores desean agradecer a Delkor, FLSmidth, Golder Associates y Outotec por su

cooperación en este importante proyecto para SCC

Referencias

Gladman, B.J., Usher S.P. and Scales P.J. (2006) Understanding thickening process,

Paste 2006, R.J. Jewell, S. Lawson, P. Newman (Eds), Perth , 12 p.

Sofra, F., (2006) Rheological Assessment – A road map for plant designers and

operators, Paste 2006, R.J. Jewell, S. Lawson, P. Newman (Eds), Perth, 24 p.

Usher, S. P. (2002) Suspension dewatering: Characterization and optimization, PHD

Thesis in Department of Chemical Engineering, The University of Melbourne, Australia,

330 p.

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