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DISEO Y OPERACIN DE STOCKPILES EN OPERACIONES MINERASFrancisco Cabrejos Jenike and Johanson Chile S.A.

INTRODUCCIN A modo de ejemplo, en Chile actualmente ms de un milln de toneladas de minerales son explotadas, chancadas, clasificadas y transportadas cada da del ao para producir cerca de un tercio del abastecimiento mundial de cobre fino. La escala de estas operaciones mineras es enorme, como tambin lo son sus costos asociados. Para producir cobre a partir de minerales con leyes desde 0.6 hasta 1.5%, el correcto diseo de los sistemas de manejo y almacenamiento de materiales a granel es de vital importancia.

El acopio de minerales a granel en pilas (o stockpiles) provee una forma muy econmica 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 minera.

Minerales de diferente tamao y granulometra se pueden almacenar en stockpiles. Por ejemplo, minerales sulfurados gruesos, de hasta 10 y 12 (-300 mm) provenientes del chancado primario, y que luego se alimentan a clasificadores, harneros (cribas), chancadores secundarios y/o molinos SAG. Por otro lado, minerales oxidados finos, bajo 3/8 y 1/2 (-12 mm) alimentan a tambores de aglomeracin para luego ser apilados y lixiviados.

El principal objetivo de los stockpiles es proveer una capacidad pulmn entre la mina y la planta de chancado, y asegurar un flujo de alimentacin continuo, uniforme y controlado a los equipos aguas-abajo. En algunos casos, como en

nuestra Cordillera de Los Andes, debido a la gran altitud y/o condiciones climticas extremas, la mina opera slo durante el da mientras que la planta, ubicada a menor altitud opera en forma continua las 24 horas del da.

Los stockpiles se pueden formar con equipo mvil (cargadores frontales) o mediante correas transportadoras elevadas como apiladores, shuttles o trippers. La extraccin del mineral almacenado se puede lograr desde la superficie de la pila mediante roto-palas o scrapers, o por gravedad a travs de varios alimentadores o descargas ubicadas en un tnel bajo la misma pila.

Uno de los mtodos ms usados en la extraccin del mineral almacenado en un stockpile es mediante varios alimentadores o descargas ubicados en uno o ms tneles de hormign bajo la pila, y que descargan sobre una correa transportadora comn. El nmero, tipo, y ubicacin de estos alimentadores, ya sea en lnea o en forma perpendicular a esta correa, depender 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.

Stockpiles pueden ser parcial o completamente cubiertos, o bien abiertos a la intemperie, dependiendo de las condiciones climticas imperantes en el lugar, y considerando el impacto ambiental que pudiera ocasionar la generacin de polvo. El problema de congelamiento es importante de considerar slo en aquellos lugares donde nieva, o cuando la temperatura baja a 0C menos por perodos prolongados.

Aunque la tecnologa para el diseo ptimo y eficiente de stockpiles ha estado disponible por ms de 30 aos, an es posible observar diversos problemas de obstruccin de flujo tales como la formacin de arcos y/o ratholes sobre las aberturas de descarga, una limitada capacidad viva de almacenamiento, segregacin del mineral, generacin de polvo, baja eficiencia, elevados costos de produccin y mantencin, e incluso sistemas completamente inoperativos

debido a que no se consideraron oportunamente las propiedades de fluidez del material manejado. El conocimiento y la aplicacin efectiva de los ensayos de laboratorio propuestos originalmente por Andrew Jenike [1] en los aos sesenta permiten disear y dimensionar adecuadamente estos sistemas y equipos de almacenamiento de materiales slidos a granel para evitar problemas de flujo en nuevas instalaciones, para eliminar dichos problemas en instalaciones existentes y/o al menos minimizar sus consecuencias para la planta.

A continuacin se describe que es un stockpile, los tipos de stockpiles ms usados en la minera y sus alimentadores, posibles problemas de flujo y sus consecuencias, tipos de flujo, y los principios bsicos que gobiernan el diseo de stockpiles.

Qu es un stockpile? A diferencia de los silos, los stockpiles no tienen paredes verticales y el material se acopia y sustenta sobre s mismo, formando un ngulo de reposo (R). En general, para minerales chancados relativamente secos y de buena fluidez el ngulo de reposo vara desde 35 a 40, medido desde la horizontal, y dependiendo del contenido de humedad del material y de su contenido de finos, como se define en la Figura 1.

Los dos tipos de stockpiles ms usados en la minera son: cnico y tipo A, como se muestra esquemticamente en la Figura 1. El stockpile cnico se forma al descargar material por gravedad desde un punto fijo, y su mximo volumen de almacenamiento est dado por la altura mxima de la pila y el ngulo de reposo que forma el material al ser apilado. El stockpile tipo A se forma al descargar material por gravedad mediante una correa mvil y/o reversible, o mediante un burro o tripper. En este caso, el volumen mximo de almacenamiento depende de la altura mxima de la pila, del ngulo de reposo del material y de la carrera o distancia entre los dos puntos extremos de descarga del material.

Cabe destacar que otros tipos de stockpiles existen pero no se consideran en el presente trabajo. Estas geometras suelen usarse en plantas y/o bodegas que manejan y almacenan a granel grandes cantidades de materiales tales como concentrado de cobre hmedo, carbn, clinker, cal, bauxita, etc.

Figura 1: Principales tipos de stockpiles usados en la minera.

Alimentadores Los alimentadores juegan un rol muy importante en el adecuado funcionamiento y operacin de los stockpiles. Estos se instalan bajo las tolvas de descarga y se utilizan para recuperar por gravedad el material almacenado a granel en la pila. Los alimentadores permiten adems controlar y regular el flujo de alimentacin del material a un proceso aguas-abajo como son molinos y/o tambores de aglomeracin. El objetivo principal en el diseo eficiente de alimentadores es obtener una descarga uniforme de material a lo largo de toda la abertura de descarga de la tolva. Adems, se debe minimizar la prdida o cada de material al suelo, y minimizar las cargas sobre el alimentador, lo cual

a su vez minimiza el consumo de energa y el desgaste de las partculas, entre otros.

Los dos tipos de alimentadores ms comnmente usados para la extraccin y descarga de minerales chancados almacenados en stockpiles son los alimentadores de correa (ver Figura 2) y los alimentadores de bandeja

vibratorios (ver Figura 3). Estos equipos extraen el mineral del stockpile por gravedad y lo descargan a una correa transportadora comn ubicada debajo de ellos y en un tnel bajo la pila. El nmero, tipo, y ubicacin de estos alimentadores depender 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 ver ms adelante.

Otros sistemas de extraccin comunes en la minera incluyen: sombrero mexicano con un tubo vertical de descarga sobre la correa (ver Figura 3), y una serie de compuertas de guillotina y/o de barras, los cuales permiten descargar en forma no-controlada un stockpile y/o cortar completamente el flujo de material. Este tipo de equipos corresponde ms bien a descargadores y no se clasifican como alimentadores propiamente dichos.

Figura 2:

Alimentador de correa.

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

PROBLEMAS DE FLUJO Los materiales a granel pueden adquirir o no resistencia cohesiva cuando se almacenan en stockpiles, dependiendo de la combinacin de una serie de factores tales como: altura de la pila (presin de consolidacin), porcentaje y tamao de finos en el mineral, contenido de humedad, forma de las partculas, tiempo de almacenamiento en reposo bajo presin, presencia de arcillas o polvos, naturaleza qumica del material, temperatura, y condiciones climticas. Desde el punto de vista del manejo de slidos a granel, diferentes problemas de flujo pueden ocurrir dependiendo de la geometra y ubicacin de las tolvas de descarga del stockpile, de las dimensiones de las aberturas de descarga y del tipo de flujo que el material desarrolle al fluir en el stockpile.

Quizs el peor de los problemas de flujo que un operador deba enfrentar en una planta es el de obstruccin de flujo. Al abrir la compuerta de descarga o accionar el alimentador, una pequea cantidad del material almacenado en el stockpile sale por la abertura y luego se detiene el flujo debido a la formacin de una obstruccin sobre la abertura de descarga. Existen dos causas para

este problema: la formacin de unarco o de un rathole, como se muestra en la Figura 4.

Figura 4: Problemas de formacin de arcos y ratholes.

En el caso de formacin de arco, partculas grandes en relacin a la abertura de descarga de una tolva pueden producir un arco por entrelazado o interlocking al trabarse stas entre s, deteniendo el flujo de descarga. Como regla general y para evitar un arco por entrelazado, el ancho BP de la abertura de descarga de una tolva tipo cua debe ser a lo menos 3 a 4 veces el tamao mximo de partcula. Por otro lado, partculas finas y hmedas pueden producir un arco cohesivo en la boca de la abertura de descarga de la tolva, que tambin puede llegar a detener completamente el flujo de descarga.

En el caso de formacin de rathole, el material forma un tubo hueco o agujero cilndrico 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. Es muy difcil desestabilizar un rathole por medios externos tales como lanzas, sonido o vibraciones. Ratholes inestables generan un problema adicional de flujo errtico y no-controlado de material. En este caso, al abrir la compuerta de descarga o accionar el alimentador, una pequea cantidad del material almacenado en la pila sale por la abertura y luego se detiene el flujo debido a la formacin de un rathole. Vibraciones externas hacen que el material que rodea el rathole se vuelva inestable y colapse dentro del

espacio vaco, llenndolo rpidamente y de golpe. Entretanto, algo del material se descarga y se puede o no formar un arco sobre la abertura de descarga debido a la alta consolidacin por impacto del material al caer. Si no se forma un arco, ms material se descargar hasta que se forme nuevamente un rathole y as sucesivamente.

Otro problema de flujo tpico en stockpiles es el de flujo limitado. Al descargar el material a travs de la abertura de descarga, el flujo puede ser mucho menor que lo esperado, ya sea por limitada velocidad y/o torque de la correa, o por excesiva carga sobre el alimentador.

El problema de degradacin est presente si el material a almacenar tiene alguna tendencia a oxidarse, cristalizarse, reaccionar con la humedad o temperatura, descomponerse con el tiempo, etc. En general, no es el caso con los minerales chancados manejados en la minera.

El problema de generacin de polvo es un problema de contaminacin ambiental que se debe controlar mediante un adecuado mtodo de captacin de polvo, manejo y reinyeccin al proceso del material fino. Tambin es posible cubrir los stockpiles para evitar el arrastre producido por el viento (lo cual a su vez soluciona en parte el problema de congelamiento, lluvia y nieve).

Problemas de segregacin ocurren al manejar materiales con una variada y amplia distribucin de tamao de partculas [2]. Al descargar este tipo de

materiales desde un punto elevado, las partculas finas tienden a concentrarse directamente bajo el punto de descarga mientras que las partculas ms gruesas tienden a rodar hacia el exterior o periferia, con lo cual se segrega y separa parcialmente el material por tamao de partcula (ver Figura 5). La diferenciacin entre material fino, el cual puede ser cohesivo, y material grueso, el cual es generalmente de fcil escurrimiento y alta fluidez, es difcil de precisar. Por ejemplo, la pila puede ser descargada parcialmente y vuelta a llenar, o el porcentaje de finos en el mineral puede variar al desgastarse las

paredes del chancador, o el tipo de mineral explotado puede cambiar, etc. Como resultado de la segregacin, la presencia de 10% de finos o ms en el mineral puede causar severos problemas de flujo en stockpiles. Adems, este problema puede causar graves trastornos en una planta, y prdida de eficiencia en procesos de molienda y de aglomeracin de minerales.

Figura 5: Fenmeno de segregacin en un stockpile.

El resultado de los problemas de flujo descritos anteriormente puede generar una o ms de las siguientes consecuencias para la planta o proceso: Capacidad de almacenamiento reducida Descomposicin y/o prdida del material Vibraciones y/o falla estructural Operacin deficiente Consumo excesivo de energa

Finalmente, es importante mencionar que estos problemas de flujo con materiales a granel ocurren cuando el diseo del stockpile y su respectivo sistema de extraccin no es el adecuado dada las propiedades de flujo del material a manejar. Todos estos problemas se pueden eliminar o minimizar en plantas existentes, y prevenir completamente durante la etapa de diseo de nuevas instalaciones. Hoy en da existe la tecnologa para evitar las consecuencias mencionadas. Andrew Jenike y sus colaboradores desarrollaron

una teora de flujo de slidos a granel en la dcada de los 60s y que hoy es mundialmente aceptada.[1] Este mtodo se basa en la determinacin de las propiedades de fluidez de los materiales y permite asegurar el correcto dimensionamiento de silos y stockpiles para lograr el almacenamiento, flujo y descarga confiables de materiales a granel.

TIPOS DE FLUJO El tipo de flujo que un material a granel desarrolla al ser descargado de un stockpile est dado por la geometra de la pila y por las caractersticas del material, principalmente sus propiedades de friccin interna y de friccin de pared. Desde el punto de vista del flujo de slidos a granel, el flujo desarrollado en un stockpile corresponde a flujo expandido si las tolvas de descarga operan con flujo msico y si las aberturas de descarga son completamente efectivas. Flujo expandido es una combinacin de los dos tipos bsicos de flujo de slidos a granel en el cual la parte inferior del stockpile opera en flujo msico (i.e. las tolvas de descarga) y la parte superior en flujo embudo. En este caso las tolvas deben expandir el canal de flujo a una dimensin mayor que el dimetro crtico de rathole (DF), eliminando as la formacin de ratholes en el stockpile. Varias tolvas de flujo msico pueden ser instaladas lo

suficientemente cerca unas de otras, de manera de combinar los respectivos canales individuales de flujo y evitar la formacin de ratholes en la pila. Flujo msico Este tipo de flujo ocurre cuando las paredes de la tolva son lo

suficientemente inclinadas y suaves para forzar al material a deslizar sobre ellas. En una tolva de flujo msico, todo el material almacenado est en

movimiento y fluyendo hacia la abertura de descarga cuando se abre la compuerta de descarga o se acciona la correa del alimentador. Es imprescindible que la abertura de descarga sea completamente efectiva.

Tres consideraciones importantes en el diseo de tolvas de flujo msico son: la rugosidad e inclinacin de las paredes de la tolva necesarias para forzar al material a deslizar sobre ellas, el tamao de la abertura necesario para prevenir

la formacin de arcos (por entrelazado y/o cohesivo), y adems alcanzar el flujo de material deseado. Estos parmetros pueden ser determinados mediante ensayos de laboratorio a una muestra representativa del material y bajo condiciones similares a las que es y/o ser sometido el material en la planta, como se explic anteriormente.

Flujo embudo

Este tipo de flujo ocurre en stockpiles, silos de fondo plano y/o

tolvas cuando 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. En este caso, el material fluye hacia la abertura de descarga a travs de un canal de flujo que se forma dentro de material estacionario. Con materiales cohesivos y cuando la abertura de descarga es completamente efectiva, este canal de flujo es casi vertical y de dimetro similar al dimetro de la abertura de descarga en el caso de tolvas cnicas, o a la diagonal en caso de tolvas con aberturas cuadradas o rectangulares.

Adems, este canal de flujo ser estable si su dimetro es menor que el dimetro crtico de rathole. Con materiales de alta fluidez y cuando la abertura de descarga es completamente efectiva, el canal de flujo se expande en forma cnica y con un ngulo que depende del ngulo de friccin interna del material. Como se mencion anteriormente, lo materiales a granel pueden adquirir o no resistencia cohesiva cuando se almacenan en stockpiles dependiendo de la combinacin de una serie de factores, e influyendo adems en el tipo de flujo que el material desarrollar al ser descargado de la pila. Dentro de estos factores se cuentan la geometra y la altura de la pila (presin de consolidacin en la base de la pila), porcentaje y tamao de finos del material, contenido de humedad, tiempo de almacenamiento en reposo bajo presin, presencia de arcillas o polvos, naturaleza qumica del material, etc.

Materiales de alta fluidez

Minerales de tamao relativamente grueso, con un

bajo porcentaje de finos y bajo contenido de humedad, poseen en general una baja resistencia cohesiva, y presentan un fcil 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 travs de un canal de flujo que se forma dentro del material estacionario. Este canal de flujo puede ser vertical y/o de forma cnica, con un ngulo que depende del ngulo de friccin interna del material. Material de la superficie se desprende y desliza dentro de este canal de flujo, como se muestra en la Figura 6. Al bajar el nivel del material se forma un cono invertido en la parte superior de la pila. Finalmente la extraccin de material cesa formando un cono truncado invertido o crter dentro del material estacionario o muerto. Para materiales de alta fluidez, el ngulo de vaciado de este crter (V) es aproximadamente 2 a 5 mayor que el ngulo de reposo del material. Para materiales levemente cohesivos, el ngulo final de vaciado (V) aumenta segn las propiedades de friccin interna del material y la presin de consolidacin, y puede llegar hasta 70 y 80, medido de la horizontal.

Para la extraccin y descarga de materiales no-cohesivos y de alta fluidez slo se requiere de algunos alimentadores o descargadores de tamao

relativamente pequeo, y distanciados entre s para maximizar la capacidad viva de almacenamiento en la pila. La abertura de descarga de estos alimentadores debe ser completamente efectiva y diseada para prevenir la formacin de arcos por entrelazado de partculas.

Materiales cohesivos

Minerales de tamao relativamente pequeo, o con un

alto porcentaje de finos y un elevado contenido de humedad, poseen en general una alta resistencia cohesiva y por ende una mala fluidez y bajo

escurrimiento libre por gravedad. Estos materiales tienen una moderada tendencia a formar arcos cohesivos y una alta tendencia a formar ratholes si se almacenan en stockpiles y tolvas de flujo embudo, lo cual puede generar flujo errtico de material y prdida de capacidad viva de almacenamiento.

Al descargar materiales cohesivos y de baja fluidez de una pila con una abertura en el centro de la base de esta, el material fluye hacia la abertura de descarga a travs de un canal de flujo que se forma dentro de material

estacionario. En este caso, el canal de flujo suele ser casi vertical y el material de la superficie no se desprende ni desliza dentro de este canal de flujo, como se ilustra en la Figura 6. Al vaciarse el canal de flujo se pueden distinguir claramente tres zonas: directamente sobre la abertura de descarga el canal se expande hasta alcanzar una seccin circular de dimetro (DR) ; en la segunda zona el material forma un rathole dentro de material estacionario o muerto y hasta cierta altura (HR); y en la tercera zona superior el material forma un cono truncado invertido o crter.

Figura 6: Representacin del flujo de descarga de material almacenado en una pila cnica con una tolva de descarga central.

Para la extraccin y descarga de materiales cohesivos y de baja fluidez se deben emplear varios alimentadores de tamao relativamente grande en comparacin con alimentadores para materiales no-cohesivos y de alta fluidez, los cuales deben estar ubicados relativamente cerca entre s para evitar problemas de flujo y maximizar la capacidad viva de almacenamiento en la pila. La abertura de descarga de estos alimentadores debe ser completamente efectiva y diseada para prevenir no slo la formacin de arcos por entrelazado de partculas grandes sino que tambin para prevenir la formacin de arcos cohesivos y ratholes.

CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO Es importante distinguir ente la capacidad total y la capacidad viva de almacenamiento en un stockpile. La capacidad total de almacenamiento se determina multiplicando el volumen mximo de almacenamiento (ver Figura 1) por la densidad aparente promedio del material, dado en t/m3. En el caso de materiales compresibles, adems se debe conocer la relacin entre la densidad aparente del material en funcin de la presin de consolidacin (o altura de la pila) para poder integrar todo el volumen. [3]

Uno de los principales objetivos en el diseo de stockpiles es maximizar la capacidad viva de almacenamiento en la pila, evitando la formacin de ratholes. Por ejemplo, la capacidad de almacenamiento viva en un stockpile que maneja un mineral de alta fluidez es claramente superior que si el mineral manejado es cohesivo (ver Figura 6). Para esto se necesita de un mtodo adecuado de clculo para determinar el volumen vivo y que adems considere todas las variables involucradas, principalmente la geometra y las propiedades de fluidez del mineral manejado.

Dimetro crtico de rathole

El dimetro crtico de rathole (DF) depende de la

cohesin interna del material manejado, la cual se ve afectada en gran medida por el contenido de humedad y el porcentaje de finos del material, por el tiempo

de almacenamiento en reposo y por la presin de consolidacin. Jenike [1] propuso una correlacin emprica para determinar el dimetro crtico de rathole mediante ensayos de laboratorio a una muestra representativa de mineral, y en funcin de la presin de consolidacin, el ngulo de friccin interna, la resistencia cohesiva y la densidad aparente del material. A mayor altura de la pila, mayores deben ser las dimensiones de la tolva de descarga (en la base de la pila) para expandir el canal de flujo a una dimensin mayor que el dimetro crtico de rathole, eliminando as la formacin de ratholes en el stockpile. Otra alternativa es instalar varias tolvas de flujo msico lo suficientemente cerca unas de otras, de manera que los respectivos canales de flujo individuales interacten entre s, formando un solo canal de flujo cuyo dimetro combinado exceda al dimetro crtico de rathole.

Jenike & Johanson realiz una serie de experimentos con modelos a escala de una variedad de stockpiles para medir la capacidad viva obtenida con diferentes materiales no-cohesivos y cohesivos.[4] El objetivo de estos ensayos fue desarrollar un programa computacional para modelar y calcular la capacidad viva que se logra en un stockpile al manejar minerales chancados gruesos y/o finos. Este programa incorpora las propiedades de fluidez del mineral manejado previamente determinadas en nuestro laboratorio, y datos tales como la geometra y altura mxima de la pila, nmero, tamao y ubicacin de las tolvas de descarga, ngulo final de vaciado (V) y de reposo del material (R). El programa permite adems determinar la ubicacin ptima de las tolvas de descarga para maximizar la capacidad viva de una pila, una vez conocidas las otras variables.

La Figura 7 muestra el efecto que el ngulo de vaciado tiene sobre la capacidad viva de almacenamiento en una pila cnica con una tolva de

descarga de abertura rectangular ubicada en el centro de la base de la pila. La capacidad viva se entrega como porcentaje de la capacidad total de almacenamiento en la pila. Para los clculos se asumi un ngulo de reposo R=35, medido desde la horizontal. Claramente se puede observar que a

mayor resistencia cohesiva del material almacenado, y por ende mayor ngulo de vaciado, menor ser la capacidad viva de almacenamiento en el stockpile. La mxima capacidad viva se obtiene para el caso en que el ngulo de vaciado es igual al ngulo de reposo (35) y es del orden del 30% de la capacidad total. Para un ngulo de vaciado de 50, la capacidad viva disminuye a 20%, y para ngulos de vaciado superiores a 80 la capacidad viva es inferior al 5%.

Figura 7:

Efecto del ngulo de vaciado sobre la capacidad viva de

almacenamiento para un stockpile cnico con una tolva de descarga central (R=35)

Otro caso de inters se muestra en la Figura 8 para una pila cnica con dos tolvas de descarga de abertura rectangular de ancho B, dispuestas en lnea y equidistantes del centro de la pila. La capacidad viva se entrega como porcentaje de la capacidad total de la pila, y en funcin de la separacin entre las tolvas de descarga. Para los clculos se asumi un ngulo de reposo R=35, medido desde la horizontal, y diferentes ngulos de vaciado (V).

Se puede ver que existe una posicin ptima para ubicar las tolvas de descarga de manera de maximizar la capacidad viva de almacenamiento en la pila. Esta ubicacin depende de la separacin entre ambas tolvas de descarga (distancia entre centros de ambas tolvas, S), de los ngulos de reposo y de vaciado del material almacenado, de la forma y de las dimensiones generales

de la pila y de las aberturas de descarga de las tolvas en la base de la pila. Para el caso de R=35 y V=40, la separacin ptima entre ambas tolvas es 5B y la capacidad viva obtenida alcanza 35%. Pero al aumentar el ngulo de vaciado se deben acercar las tolvas para maximizar la capacidad viva de la pila. Para V=60, la separacin ptima entre ambas tolvas disminuye a 4B y la capacidad viva obtenida es apenas 20%.

Figura 8:

Capacidad viva de almacenamiento para un stockpile cnico con dos tolvas de descarga separadas entre s una distancia S (R=35)

Formacin de ratholes

Si la diagonal de las aberturas de descarga de las

tolvas en la base de la pila no exceden el dimetro crtico de rathole (DF), o si las tolvas de descarga no estn lo suficientemente cerca para combinar los respectivos canales de flujo individuales, entonces es muy factible que se formen ratholes en la pila, disminuyendo drsticamente la capacidad viva de almacenamiento. Para estimar la capacidad viva de almacenamiento en una pila en la cual se han formado uno o ms ratholes se debe conocer adems el dimetro crtico de rathole en funcin de la altura efectiva y el ngulo de talud de los ratholes (generalmente entre 85 y 90).

RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES Quizs el principal objetivo que se desea alcanzar al disear un stockpile es lograr la capacidad total de almacenamiento y maximizar la capacidad viva de la pila para un nmero razonable de tolvas de descarga y alimentadores. Adems, se deben prevenir los problemas de flujo (formacin de arcos, ratholes, flujo errtico, flujo limitado, etc.), lograr los flujos de material requeridos, minimizar la segregacin y degradacin del material, minimizar la contaminacin y generacin de polvo, y evitar el uso de bulldozers sobre la pila. El primer paso para el correcto dimensionamiento de un stockpile y su respectivo sistema de extraccin de material, es determinar las propiedades de fluidez del mineral manejado bajo condiciones similares a las que es o ser sometido el material en la mina/planta una vez que entre en funcionamiento el proyecto.[5]

Se recomienda realizar ensayos de fluidez a varias muestras representativas del mineral, las cuales deben ser cuidadosamente seleccionadas para que representen fielmente las condiciones que se encontrarn en la mina durante su vida til. Por ejemplo, para simular el tiempo de almacenamiento en reposo en la pila, se deben realizar ensayos de tiempo despus de 24 y 48 horas de acondicionamiento bajo presin (o ms segn el proyecto). Adicionalmente, ensayos de fluidez se deben realizar ajustando el contenido de humedad del material para determinar cuan sensible es a una variacin en su contenido de agua, y para un rango de temperaturas de acuerdo a las condiciones climticas imperantes en la zona.

Los resultados de estos ensayos de laboratorio son imprescindibles y proveen la informacin esencial para el correcto diseo y dimensionamiento de un stockpile y su respectivo sistema de extraccin de material, tales como: recomendaciones generales para prevenir problemas de flujo, incluyendo dimensiones mnimas para las aberturas de descarga geometra del stockpile, incluyendo ubicacin, nmero y tipo de tolvas de descarga y sus alimentadores

seleccin del tipo ms adecuado de alimentadores y su dimensionamiento clculo de la capacidad viva y total de almacenamiento en la pila clculo de la presin normal sobre las paredes de las tolvas de descarga y los alimentadores

Aunque la tecnologa para el diseo ptimo de stockpiles ha estado disponible por ms de 30 aos, an es comn ver diversos problemas de flujo en

instalaciones existentes. Mediante la comprensin de los mecanismos involucrados en el flujo de slidos a granel, los diversos tipos de flujo que ocurren en un stockpile, y la determinacin de las propiedades de fluidez de los materiales a ser manejados, es posible eliminar o reducir estos problemas de flujo en plantas existentes, y prevenir estos problemas en la etapa de diseo de nuevas instalaciones.

REFERENCIAS [1] Jenike A., Storage and Flow of Solids, Bulletin No. 123 of the Utah Engineering Experiment Station, University of Utah, 1964. [2] Carson J., Royal T. y Goodwill D., Understanding and Eliminating Particle Segregation Problems, Bulk Solids Handling, Vol. 6, No. 1, 1986, pp. 139144. [3] Cabrejos F. Total Storage Capacity of Stockpiles Handling Compressible Materials, Bulk Solids Handling, Vol. 20, No.4, 2000, pp. 421-427. [4] Cabrejos F. y Goodwill D., Tunnel Reclaim from Ore Stockpiles, Bulk Solids Handling, Vol. 16, No. 3, 1996, pp. 393-400. [5] Cabrejos F. Propiedades de Fluidez de los Materiales Slidos a Granel, presentado en el XI Congreso Nacional de Metalurgia y Materiales CONAMET 2000, La Serena, Chile, 9 al 11 de Agosto de 2000.