AVANCE DE PROYECTO N°1

ALMACENAMIENTO DE MINERALES

Profesor: Mario Gaete MadariagaAsignatura: Proyecto de PlantaGrupo:

Juan Amenábar FloresDaniel Baquedano CastilloCésar Córdoba BarreraMaría José García Rojas

Fecha Entrega: Lunes 25/03/2013

TABLA DE CONTENIDOS

UNIVERSIDAD DE LA SERENAFACULTAD DE INGENIERÍA

DEPTO. DE INGENIERÍA EN MINAS

INTRODUCCIÓN 2

OBJETIVOS 2

CALCULOS 4 - 5

DESARROLLO 6 - 10

BIBLIOGRAFÍA 11

ANEXOS 12

INTRODUCCIÓN

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El acopio de minerales a granel en pilas (o stockpiles) provee una forma muy económica y segura de almacenamiento para grandes cantidades de minerales chancados ya sea gruesos y/o finos. La capacidad de almacenamiento puede alcanzar hasta varios cientos de miles de toneladas, como por ejemplo en algunas plantas de la gran minería.

Un stockpile corresponde al acopio de un material, el cual se sustenta sobre sí mismo formando un ángulo de reposo. En general, para minerales chancados relativamente secos y de buena fluidez el ángulo de reposo varía desde 35° a 40°, medido desde la horizontal, y dependiendo del contenido de humedad del material y de su contenido de finos.

En el presente informe se darán a conocer las dimensiones de diseño del stockpile con sus sistemas de alimentación y extracción, posibles problemas de flujo y sus consecuencias según las características del mineral a tratar.

OBJETIVOS

1. Investigar las condiciones y características que deben cumplir las áreas de almacenamiento de minerales (stock piles).

2. Indicar áreas de carga y descarga para el stock pile.3. Considerar las siguientes condiciones de diseño para el stock pile:

a) Granulometría 100 % < 1/2".b) Angulo escurrimiento mineral 50°.c) Capacidad real 20.000 ton/día.d) Densidad real 2,65.e) Esponjamiento 30 %.

CALCULOS

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Dimensiones del Stockpile.

En el cálculo de las dimensiones de la pila, en primer lugar se consideró calcular el volumen utilizando los valores de capacidad real diaria de la planta (m = 20.000 ton/día), densidad real del mineral (Dm = 2,65 ton/m3) y esponjamiento (E = 30%).

Para el cálculo del volumen final (Vf) que ocupará el material en el “stockpile”, primero se procedió a calcular el volumen real del material (Vi), definiendo la fórmula de densidad (D):

D=mV⇒V i=

mDm

= 20.000 t

2,65 t /m3=7.547,17m3≈7.550m3

Luego, en función del esponjamiento (E) y el volumen real del material (V i) se obtiene el volumen final (Vf) que ocupará el material en el “stockpile”:

E=V f−V iV i

∙100⇒V f=V i+V i ∙30

100⇒V f=7.550m3 ∙1,30=9.815m3≈9.820m3

En consecuencia, se obtiene un volumen final aproximado de 9.820 m3 para el stockpile a diseñar.

En el proyecto se ha considerado diseñar un stockpile con forma de cono, por lo cual se darán a conocer las dimensiones de la altura y el diámetro basal en función del ángulo de escurrimiento del mineral (a = 50°) y el volumen del cono (Vc) que será igual al volumen final (Vf) obtenido anteriormente.

V c=13∙ H ∙

π ∙B2

4(I)

tan50 °=2HB

⇒B=1,678 ∙ H (II)

V c=V f=9.820m3 (III)

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Reemplazando las relaciones (II) y (III) en (I) se tiene la siguiente ecuación:

13∙ H ∙

π ∙ (1,678∙ H )2

4=9.820m3

0,737 ∙ H 3=9.820m3⇒H 3=9.820m3

0,737/∛ ()

⇒H=23,70m≈24m

Por último, con el valor de la altura (H = 24 m) se puede obtener en proporción el valor del diámetro basal (B) reemplazando en la relación (II):

B=1,678 ∙24=40,27m≈41m

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DESARROLLO

Sistema de alimentación stock pile

El sistema de alimentación juega un rol muy importante en el adecuado funcionamiento y operación del stock pile. Los alimentadores permiten además controlar y regular el flujo de alimentación del material a un proceso aguas-abajo como son molinos y/o tambores de aglomeración. El objetivo principal en el diseño eficiente de la alimentación es obtener una descarga uniforme de material a lo largo de toda la abertura de descarga de la tolva.

Operación

El material explotado en la mina es transportado y vertido en una tolva que alimenta al chancador primario. Una correa transporta el mineral desde la tolva hasta el chancador giratorio primario.El producto del chancado primario, se transporta directamente a un almacenamiento cubierto (stock pile) a través de un sistema de alimentación(Figura 1).

Figura 1: Esta estructura tiene una capacidad de 20.000 toneladas de carga viva.

El sistema de alimentador de correa (Figura 2) puede llegar a funcionar en modalidad 24/7, lo que conlleva una gran exigencia para este tipo de equipamientos en el contexto de que una mínima falla puede implicar una detención del proceso productivo. Otro aspecto relevante es que aunque la energía para hacer girar un polín es pequeña, ésta se acumula a lo largo de una correa transportadora.

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La primera regla para elegir polines duraderos es tener en cuenta su entorno, la aplicación en la que se utilizarán, la velocidad de la correa, y el tamaño del material de su carga.La calidad de los materiales elegidos para cada uno de los componentes, ya sean de polines como de poleas al momento del diseño, es muy importante, ya que en base a éstos se lograr cumplir con las expectativas de operación.

Características Correa:Capacidad: 710 TMPHAncho: 30"Velocidad: 2,5 m/sLargo: 32,6 mtsDesnivel: 11,2 mtsMaterial: Mineral de cobre tamaño primario

El stock pile se forma al descargar material por gravedad mediante una correa móvil y/o reversible, o mediante un “burro” o tripper de descarga central. Para un buen rendimiento, se debe minimizar la pérdida o caída de material al suelo, y minimizar las cargas sobre el alimentador, lo cual a su vez minimiza el consumo de energía y el desgaste de las partículas.

El tipo de flujo en tolvas de descarga es un Flujo tipo embudo, donde sus paredes no son lo suficientemente inclinadas ni suaves para forzar al material a deslizar sobre ellas, o cuando la abertura de descarga no es completamente efectiva.El material se descarga a través de un canal que se forma dentro del material estacionario.

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Con materiales de alta fluidez y cuando la abertura de descarga es completamente efectiva como es el caso que suponemos para este stock pile, el canal de flujo se expande en forma cónica y con un ángulo que depende del ángulo de fricción interna del material.

Sistema de descarga stock pile

Alimentadores de bandeja vibratorios (ver Figura 3). Estos equipos extraen el mineral del stockpile por gravedad y lo descargan a una correa transportadora común ubicada debajo de ellos y en un túnel bajo la pila. El número, tipo, y ubicación de estos alimentadores dependerá en gran medida del tipo de stockpile, de la capacidad total y viva requerida, del flujo de material requerido, de las propiedades de flujo del mineral manejado, y de la tendencia a segregarse del material, como se verá más adelante.

Figura 3: Alimentador de bandeja vibratorio y tubo de descarga tipo “sombrero mexicano”.

Una razón importante de esta elección en la ‘formación de rathole’, el material forma un tubo hueco o agujero cilíndrico vertical en la masa del material almacenado en un stockpile, el cual puede ser estable o inestable. Ratholes estables detienen completamente el flujo de descarga. Ratholes inestables generan un problema adicional de ‘flujo errático’ y no-controlado de material.

Vibraciones externas hacen que el material que rodea el rathole se vuelva inestable y colapse dentro del espacio vacío, llenándolo rápidamente y de golpe.

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Materiales de alta fluidez

Minerales de tamaño relativamente grueso, con un bajo porcentaje de finos y bajo contenido de humedad, poseen en general una baja resistencia cohesiva, y presentan un fácil escurrimiento libre por gravedad o alta fluidez (free-flowing). Estos materiales tienen una baja tendencia a formar arcos cohesivos y ratholes si se almacenan en stockpiles.

Al descargar materiales no-cohesivos y de alta fluidez de una pila con una abertura en el centro de la base de esta, el material fluye hacia la abertura de descarga a través de un canal de flujo que se forma dentro del material estacionario. Este canal de flujo puede ser vertical y/o de forma cónica, con un ángulo que depende del ángulo de fricción interna del material. Material de la superficie se desprende y desliza dentro de este canal de flujo, como se muestra en la Figura. Al bajar el nivel del material se forma un cono invertido en la parte superior de la pila. Finalmente la extracción de material cesa formando un cono truncado invertido o cráter dentro del material estacionario o “muerto”. Para materiales de alta fluidez, el ángulo de vaciado de este cráter (aV) es aproximadamente 2° a 5° mayor que el ángulo de reposo del material.

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Como asumimos que el ángulo de reposo es igual al ángulo de vaciado (50º) la opción de descarga será a través de dos tolvas.

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Pero al aumentar el ángulo de vaciado se deben acercar las tolvas para maximizar la capacidad viva de la pila. Para aV=50°, la separación óptima entre ambas tolvas disminuye a 4B y la capacidad viva obtenida es apenas 20%.Para la extracción y descarga de materiales no-cohesivos y de alta fluidez sólo se requiere de algunos alimentadores o descargadores de tamaño relativamente pequeño, y distanciados entre sí para maximizar la capacidad viva de almacenamiento en la pila. La abertura de descarga de estos alimentadores debe ser completamente efectiva y diseñada para prevenir la formación de arcos por entrelazado de partículas.

CONCLUSIÓN

Se logró entender que el principal objetivo de los stock piles es proveer una capacidad de respiración entre la mina y la planta de chancado, y asegurar un flujo de alimentación continuo, uniforme y controlado a los equipos aguas-abajo.

Según el material correspondiente que nos ingresa desde la mina que consideramos se acercaba a un tipo granulado de baja humedad por lo que se trabajó según condiciones de alta fluidez, entonces en nuestro caso pudimos lograr un diseño que se acerca a lo óptimo en un stock pile de manera que podamos evitar las zonas muertas pudiendo controlar el flujo másico de tal forma que se minimizara de buena manera los rathole, que no son tan comunes para nuestro material con menor cantidad de humedad, pero que de igual manera se podían formar por el ángulo original de escurrimiento con que se contaba que disminuye la capacidad viva a 20°, lo que nos llevó a considerar la opción de dos tolvas de descarga que debían estar no tan alejadas una de la otra. Además de sistemas de correas normales en la alimentación porque por granulometría no necesitaba la vibratoria que si la colocamos en

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el sistema de descarga porque facilitaría el minimizar la cantidad de material de debían pasar a los chancadores secundarios por la selección que se puede generar colocando harneros.

Aunque la tecnología para el diseño óptimo y eficiente de stockpiles ha estado disponible por varios años, aún es posible observar diversos problemas de obstrucción de flujo que son difíciles de descartar completamente, estos pueden ser tales como la formación de arcos y/o ratholes sobre las aberturas de descarga, una limitada capacidad viva de almacenamiento, segregación del mineral, generación de polvo, baja eficiencia, elevados costos de producción y mantención, lo que genera una alteración completa del procesos que puede parecer muy simple, pero que si no se controla adecuadamente puede detener todo el proceso de la planta que vendría después.

BIBLIOGRAFÍA

http://jenike.mmcis.com/Proyectos/mining_stockpile.html

http://grupos.emagister.com/documento/diseno_y_operacion_de_stockpiles/1403-805203

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ANEXOS

Factor de Esponjamiento: (FE)

FE=V iV f

= 1

1+ E100

Vi: Volumen inicial.

Vf: Volumen final.

E: Porcentaje de esponjamiento.

Porcentaje de Esponjamiento: (E)

E=V f−V iV i

∙100

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V f=V i+V i ∙E

100

Vi: Volumen inicial.

Vf: Volumen final.

Densidad Material Fragmentado: (Df)

Df=Dm ∙FE

Dm: Densidad de material in situ.

FE: Factor de esponjamiento.

Porcentaje de Material In Situ a Remover: (T)

T=Dm−D f

Dm∙100

Dm: Densidad de material in situ.

Df: Densidad de material fragmentado.

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