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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

Facultad de Ingeniería Geológica, Minera y Metalúrgica

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TECNOLOGIA DE PLASMA PARA LA FRAGMENTACION

DE ROCA

CURSO: Introducción a la Minería

PROFESOR: Ing. Mendoza Marzano Juan

ALUMNO: Saavedra Alva Luis Antonio

Octubre de 2014

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TECNOLOGIA DE PLASMA PARA LA FRAGMENTACION DE ROCA

INTRODUCCION:

Actualmente en la minería tradicional los métodos usados para la fragmentación

de roca son la perforación y voladura. Estos son procesos ampliamente usados pero

desarrollan ciertas desventajas creando polución (contaminación de agua o aire),

incremento en el costo de minado, riesgo para los trabajadores, ruido, vibraciones y

posibles problemas con las comunidades vecinas a la zona. El avance de las tecnologías

ayudara en un futuro a la nueva minería y así poder evitar estos problemas.

La principal característica para usar la tecnología de plasma para la fragmentación de

rocas, es que la proyección de partículas de rocas es escasa a causa de la corta duración

del pulso de presión que producen los gases ionizados a altas temperaturas. Esto se

diferencia mucho con los explosivos, que tienen carácter ultrasónico y los productos de la

reacción son gases que perduran en ese estado durante todo el proceso de voladura.

Sabemos que el plasma, es el cuarto estado de agregación de la materia, siendo un estado

fluido parecido a un gas, pero con la diferencia que una proporción de sus partículas están

cargadas eléctricamente y no poseen equilibrio electromagnético. En general el plasma es

una mezcla de tres componentes: átomos o moléculas, iones positivos y electrones libres.

El plasma es el estado de agregación más abundante en la naturaleza, y la mayor parte de

la materia en el universo se encuentra en estado plasmático, la mayoría del cual está en

las estrellas.

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El plasma cumple las leyes de los gases, pero también es conductor eléctrico y es afectado

fuertemente por campos magnéticos.

La reacción exotérmica entre un metal y un oxido metálico (reacción termita) o entre

elementos metálicos (reacción intermetalica) así como la combustión de metales

(reacción de oxidación) son una importante fuente de energía que puede producir como

productos de reacción fases menos condesadas como gases e incluso plasma (debido a las

altas temperaturas).

La tecnología de plasma para la fragmentación de rocas, tiene su base en la activación de

reacciones termitas puestas en el interior de perforaciones en la roca.

REACCIONES TERMITAS:

Es un tipo de composición pirotécnica de aluminio y oxido de fierro III o magnetita,

el cual produce una reacción aluminio-termita conocida como reacción termita. La

reacción se produce porque el aluminio es oxidado por el óxido, dando como productos:

óxido de aluminio más fierro (elemental) y una gran cantidad de calor.

8 Al + 3 Fe3O4 = 4 Al2O3 + 9 Fe + 879 cal/gr. reactivo

Este tipo de reacción fue usada por primera vez como soldadura en 1899.

Las reacciones termita más usada para fragmentar roca se basa en el aluminio como metal

combustible que reaccionara con diferentes óxidos metálicos.

Una reacción termita frecuentemente usada en la fragmentación es la que se da entre

aluminio y el óxido de cobre:

2 Al + 3 CuO = Al2O3 + 3 Cu + 947,1 cal/gr. reactivo

Para saber los resultados de utilizar esta reacción, debemos de saber cuáles son las

características termodinámicas de dicha reacción. Y son las siguientes:

Estado o fase de los productos de reacción:

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Al2O3 (oxido): liquido

Cu (metal): líquido - gas

Densidad de la mezcla: 5,1 gr/cc

Temperatura de reacción sin cambio de fase: 5718 °K

Temperatura de reacción con cambio de fase: 2843 °K

Producción de gases: 0,54 mol/100 gr. de reactivo o 120 litros/kg

Calor de reacción: 974,1 cal/gr. de reactivo.

Podemos hacer una comparación con el ANFO (explosivo de alto orden, mezcla de nitrato

de amonio y un combustible derivado del petróleo), que genera 1050 litros de gas/kg y

912 cal/gr. de reactivo.

Para situaciones específicas se pueden usar otros metales como el circonio que llega a dar

reacciones termiticas con alta velocidad de reacción. El óxido de cobre será el más

utilizado cuando se necesita un buen conductor de calor.

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TECNOLOGIA DE PLASMA PARA LA FRAGMENTACION DE ROCA:

Para producir plasma, uno de los procedimientos utilizados es el de descargas

eléctricas pulsadas. Este método consiste en poner entre dos electrodos un gas, al que

luego se le aplicara un alto voltaje (miles de volts) en un pequeño periodo de tiempo

(fracciones de segundo) y así el gas se ioniza. Este proceso tiene por finalidad generar una

onda de choque, que va a transferir energía muy rápidamente a su entorno.

Este mecanismo puede ser usado para la fragmentación de rocas, cambiando el gas por

una solución salina (electrolito). Se introduce en la roca un cartucho que tiene el

electrolito y los electrodos, se conecta los electrodos a un generador de potencia pulsada

y tras la conexión se producirá la ruptura dieléctrica del electrolito, generando plasma y

una onda de choca en un medio que es incompresible. Las fuerzas expansivas al comenzar

a propagarse causaran fracturas en las rocas, dejándonos al final del proceso roca

fragmentada, lo cual queríamos llegar a obtener.

Actualmente el avance de la tecnología esta ayudado al progreso de este método

haciendo uso de mezclas metálicas que producen reacciones termiticas que tienen una

mejoría porque generan altas densidades de energía, insensibilidad al impacto y altas

temperaturas de combustión.

Las mezclas termiticas pueden ser encendidas por varios procesos, entre ellos están:

Pulso térmico (por resistencia eléctrica incandescente)

Arco eléctrico (debe de haber descargas eléctricas de 4000 a 6000 volt)

Puente semiconductor

Las vibraciones producidas por esta tecnología son de la proporción del 10 % de las

generadas por los explosivos tradicionales debido a que no producen ondas de esfuerzo.

Una manera de aumentar la velocidad