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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
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DESCRIPCION SISTEMICA
ESPESAMIENTO TRANSPORTE
DEPOSITO
MODULOS FUNCIONALES - OPERATIVOS
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DESCRIPCION SISTEMICA
TRANSPORTE
ESPESAMIENTO
DEPOSITO
SECUENCIA DE DISEÑO
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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…
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TENSION DE FLUENCIA Y VISCOSIDAD DE RELAVES
TENSION DE FLUENCIA:
Dificultad para que se inicie el escurrimiento
Mezger (2006)
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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
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TENSION DE FLUENCIA Y VISCOSIDAD DE RELAVES
Agua:T = 1/10 segundo
Miel:T = 8 minutos
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¿QUE ES UNA PASTA?
¡Esta sí es pasta!
Miguel Digweed
ESTA ES PASTA
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¿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→)
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SEGÚN LA CONCENTRACION DE SOLIDOS
DIAGRAMA DE RESISTENCIA
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RELAVES NORMALES
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RELAVES ESPESADOS
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RELAVES EN PASTA
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RELAVES SEGÚN CONCENTRACION
� RELAVES DILUIDOS
Cp (10 – 30) [%]
RELAVES NORMALES (CHILENOS Y HOY)
Cp (40 – 60) [%]
� RELAVES ESPESADOS
Cp (60 – 65) [%]
� PASTA
Cp 70 [%]
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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]
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TENSION DE FLUENCIAPARA VARIOS RELAVES
Boger (circa 2006)
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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
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TEOREMA (O MITO) DEL LAPIZ
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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
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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
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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
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PASTAS PROPIAMENTE TALES
TENSIONES VISCOSAS << TENSION DE FLUENCIA:
ENTONCES:REGIMEN DE PASTA – REGIMEN SOLIDO
TENSIONES VISCOSAS >> TENSION DE FLUENCIA
ENTONCES:REGIMEN HIDRODINAMICO – REGIMEN LIQUIDO
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PASTAS GRANULARES
FUERZAS VISCOSAS >> FUERZAS MECANICAS
ENTONCES:REGIMEN HIDRODINÁMICO, DE PERCOLACION O DE
LUBRICACION
FUERZAS MECANICAS >> FUERZAS VISCOSAS
ENTONCES:REGIMEN GRANULAR: COLISIONAL O FRICCIONAL
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PASTAS GRANULARES
� Regímenes
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FUERZAS DE INTERACCION
� Φ: Energía potencial de interacción
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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
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MEDICIONES REOLOGICAS RELAVE NO DECANTABLE
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MEDICIONES REOLOGICASRELAVE DECANTABLE
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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 → )
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ROTOR LISO Y ROTORDOTADO DE HELICOIDE
Resulta claro que el rotorliso no puede, por sí mismo,contrarrestar la decantaciónde las partículas sólidas
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SOFTWARE PARA OBTENCION DE REOGRAMA
Sofra, Paste 2007, p.256
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EMPAQUETAMIENTO DE ESFERAS IDENTICAS(SLICHTER, 1899)
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EMPAQUETAMIENTO DE ESFERAS
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EMPAQUETAMINENTO DE PARTICULAS REALES(NO ESFERICAS -GRANULOMETRIA EXTENDIDA)
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INSEGURIDADDE TRANQUES DE RELAVE (I)
� Tailings Dam Failures vs. Conventional Dam failures (ICOLD, 1995)
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INSEGURIDADDE TRANQUES DE RELAVE (II)
� Tailings Impoundment Failures by Country (USCOLD, 1994 and UNEP, 1996)
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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)
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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
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REOMETRO PROGRAMABLE
� REOMETRO HAAKE (KARLSRUHE, 2008)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
![Page 47: COMPORTAMIENTO REOLOGICO DE LOS RELAVES DE … · •Pendiente de depósito •Encogimiento ... GELES, POLIMEROS, COLOIDES, ESPUMAS CONCENTRADAS, EMULSIONES ... Instalación de un](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021907/5bbb27a009d3f241268c6094/html5/thumbnails/47.jpg)
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 = -
![Page 48: COMPORTAMIENTO REOLOGICO DE LOS RELAVES DE … · •Pendiente de depósito •Encogimiento ... GELES, POLIMEROS, COLOIDES, ESPUMAS CONCENTRADAS, EMULSIONES ... Instalación de un](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021907/5bbb27a009d3f241268c6094/html5/thumbnails/48.jpg)
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 = -
![Page 49: COMPORTAMIENTO REOLOGICO DE LOS RELAVES DE … · •Pendiente de depósito •Encogimiento ... GELES, POLIMEROS, COLOIDES, ESPUMAS CONCENTRADAS, EMULSIONES ... Instalación de un](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021907/5bbb27a009d3f241268c6094/html5/thumbnails/49.jpg)
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 = -
![Page 50: COMPORTAMIENTO REOLOGICO DE LOS RELAVES DE … · •Pendiente de depósito •Encogimiento ... GELES, POLIMEROS, COLOIDES, ESPUMAS CONCENTRADAS, EMULSIONES ... Instalación de un](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021907/5bbb27a009d3f241268c6094/html5/thumbnails/50.jpg)
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 = -
![Page 51: COMPORTAMIENTO REOLOGICO DE LOS RELAVES DE … · •Pendiente de depósito •Encogimiento ... GELES, POLIMEROS, COLOIDES, ESPUMAS CONCENTRADAS, EMULSIONES ... Instalación de un](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021907/5bbb27a009d3f241268c6094/html5/thumbnails/51.jpg)
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
![Page 52: COMPORTAMIENTO REOLOGICO DE LOS RELAVES DE … · •Pendiente de depósito •Encogimiento ... GELES, POLIMEROS, COLOIDES, ESPUMAS CONCENTRADAS, EMULSIONES ... Instalación de un](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021907/5bbb27a009d3f241268c6094/html5/thumbnails/52.jpg)
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
![Page 53: COMPORTAMIENTO REOLOGICO DE LOS RELAVES DE … · •Pendiente de depósito •Encogimiento ... GELES, POLIMEROS, COLOIDES, ESPUMAS CONCENTRADAS, EMULSIONES ... Instalación de un](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021907/5bbb27a009d3f241268c6094/html5/thumbnails/53.jpg)
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.