trabajo final de servicios auxiliares

2015

RELLENO HIDRAULICO

DOCENTE: Ing. Oscar Eugenio lvarez

Gamarra

Pgina 1

SERVICIOS AUXILIARES MINEROS

RELLENO HIDRAULICO

I. INTRODUCCIN

El relleno hidrulico (R/H) en muchas minas del mundo constituye una solucin atractiva

a los problemas ocasionados en relleno en la minera subterrnea, pues sus ventajas

tcnico-econmicas permiten mejorar la productividad de las minas. El diseo del

sistema del relleno hidrulico (R/H) sin estudio experimental previo, podra generar ms

adelante problemas que ocasionaran prdidas econmicas en la empresa.

El material experimental est orientado a evaluar el material de relave, desde el punto de

vista de su calidad y comportamiento para ser utilizado como relleno hidrulico (R/H).

Del mismo modo es sometido a prueba a fin de apreciar su comportamiento durante el

trasporte por tuberas de planta a mina.

II. ASPECTOS CONCEPTUALES DEL RELLENO HIDRULICO

2.1 GENERALIDADES

El relleno hidrulico se aplic por primera vez el ao 1864 en la mina Shenandoah en

Pennsylvania, Estados Unidos, como control de la subsidencia, posteriormente se fue

mecanizando y optimizando su uso en la explotacin en la minera subterrnea. En el

Per se aplic relleno hidrulico en el ao 1937 en la mina Lourdes de Cerro de Pasco

con la finalidad de controlar incendios, implementndose luego al ciclo de minado.

El Relleno Hidrulico, que es ms eficiente que el Relleno Neumtico, el Relleno

Hidroneumtico y el recientemente introducido Relleno en Pasta, fue el que en muchos

casos reemplaz al Relleno Detrtico o Relleno Slido transportado en carros mineros o

en camiones, desde las canteras hasta los tajeos y a un costo mucho ms elevado que

los otros mtodos de relleno que se efectan transportando los slidos en medios

fluidos por tubera e impulsados por bombas.

Se define como relleno hidrulico al material que es transportado en forma de pulpa por

tuberas, con una concentracin de peso de 76% de slidos y 24% de lquidos. En su

mayora el material es el relave de planta concentradora, pero tambin se utiliza arenas

glaciares y otros materiales granulares que se encuentra en la naturaleza.

2.2 PULPA

Se define como pulpa a la mezcla constituida por una fase slida y una lquida, donde la

fase lquida transporta a la slida en suspensin.

a) PULPA HOMOGNEA

Este tipo de pulpa se comporta como un fluido plstico de Binghan, es decir que las

propiedades del agua se afectan por la presencia de los slidos, por ejemplo las

arcillas.

Pgina 2


b) PULPA HETEROGNEA

Los relaves, arenas, concentrados de minerales se comportan como mezclas, ya

que el lquido y los slidos se comportan independientemente, denominndose al

conjunto slido-lquido, mezcla o pulpa heterognea.

2.3 CARACTERSTICAS DEL MATERIAL A TRANSPORTAR

Las caractersticas ms importantes de los slidos que influyen en su transporte

Son:

GRAVEDAD ESPECFICA DE LOS SLIDOS

Es la relacin entre el peso especfico del slido y el peso especfico del agua. Por

ejemplo los slidos que con mayor frecuencia se transporta son:

MATERIAL SOLIDO GRAVEDAD ESPECIFICA

Asfalto 1.05

Carbn 1.04

Fosfatos 2.70

Caliza 2.70

Concentrado de cobre 4.30

Mineral de hierro 4.90

TAMAO MXIMO DE LAS PARTCULAS

Debido a que las partculas de mayor tamao tienden a sedimentarse ms rpido

que las partculas menores, es necesario conocer el tamao mximo de las

partculas slidas para as determinar la velocidad mxima de sedimentacin que

tendrn.

SOLIDO TAMAO MAXIMO (mm)

MALLA

Asfalto 4.76 4

Carbn 2.38 8

Caliza 0.30 48

Concentrado de cobre

0.21 65

Concentrado de hierro

0.15 100

PERMEABILIDAD

Debe ser permeable el R/H debido a que ciclo de operacin debe consistir en el

tiempo ms corto posible. Esto se mide con la prueba de la velocidad de percolacin

y debe ser igual o aproximadamente a 4 pulg/hora. Si es menor a 2 pulg/hora.

Ocasiona embalse de agua, si la velocidad es mayo de 8 pulg/hora.

Pgina 3


Aparece el fenmeno de embudo que consiste en la formacin de embudo pequeo

en el interior del relleno, donde el relleno fluye a alta velocidad ensanchndose

progresivamente hasta derrumbarse. En la figura se muestra la prueba para la

determinacin de la percolacin. La velocidad de percolacin puede determinarse

con ecuacin de Darcy como:

= /

Dnde:

V2 = Velocidad de percolacion (cm/hr)

L = Altura de la muestra (cm)

Q1 = Caudal (cm3

hr)

A = Area de la seccion del tubo (cm2)

H = Altura hasta el nivel del agua (cm)

DUREZA DE LOS SLIDOS

Esta caracterstica determina el tipo y material del equipo a utilizarse en su

transporte. En la tabla siguiente se da el grado de dureza de materiales slidos

segn la escala de Mohs.

MATERIAL ESCALA MOHS ABRASIVIDAD DE MATERIAL

Carbn (malla 30) 1(talco) No abrasivo

Lignito 2 (yeso) 2 (yeso)

Caliza 3 (calcita) Ligeramente abrasivo

Carbn (malla 16) 4 (fluorita) Medianamente abrasivo Magnetita 5(apatito)

Concentrado de cobre

6 (ortosa)

Fosfatos 7 (cuarzo) Altamente abrasivo Pirita 8 (topacio)

Calcopirita 9 (corindn)

GRANULOMETRIA

Determina la distribucin del tamao de las partculas o granos que constituyen un material. Esta distribucin se analiza en base a su porcentaje de su peso total. La fraccin muy gruesa consiste de fragmentos de rocas compuestas de uno o ms minerales, pudiendo estas ser angulares, redondeados o planos. Pueden ser frescos o mostrar signos de alteracin, resistentes. Esta fraccin recibe el nombre genrico de grava.

Pgina 4


En las fracciones finas y muy finas, cada grado est constituido de un solo mineral. Las partculas pueden tener formas angulares, tubulares o escamas, pero nunca redondeadas. A continuacin se presenta los rangos de tamao en que varan las partculas:

MATERIAL TAMAO

DESDE HASTA

Finas 0.075 mm

Arenas 0.075 mm 0.085 mm

Gruesos 0.085 mm 5 mm

COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD

El coeficiente de uniformidad del material de relleno, est directamente en funcin de su granulometra. El material del relleno para que sea apropiado debe estar el coeficiente de uniformidad dentro de un rango 4 < CU < 5

CU = D60/D10

CU: Coeficiente de uniformidad

D60: Dimetro de la partcula ms grande en el 60% de la fraccin negativa

acumulada del material.



VELOCIDAD DE PERCOLACION (cm/h) Se define como la velocidad con la que el agua circula a travs de la de la masa granular del relleno por efecto de la gravedad, es decir se determina en que tiempo el material pasara de estado de pulpa al de masa granular. La percolacin vara de acuerdo a las caractersticas del material del relleno:

Tamao de las partculas

Ordenamiento y estructura de las partculas

Grado de saturacin

Composicin mineralgica

Volumen de espacios vacos entre las partculas, etc.

La velocidad de percolacin en el material de relleno debe estar dentro de ciertos lmites para ser apropiado.

Pgina 5


a) Velocidad de percolacin < 20: Un valor mayor puede causar el fenmeno de

embudo, lo que significa que se formara pequeos conductos abiertos dentro de la masa granular del relleno, el que a su vez causara el flujo de la pulpa a gran velocidad con posible afeccin a los accesos y formando vacos en la masa de relleno ocasionando derrumbes.

b) Velocidad de percolacin > 4: Un valor menor significa un empleo de mayor

tiempo en la eliminacin del agua de los tajeos, ocasionando demora en el retorno del personal por consiguiente mayor tiempo en el ciclo de minado.

V = (D10 x 6/100)2 cm/h

V: Velocidad de percolacin en cm/h.



POROSIDAD

Se denomina razn de poros (e) como la relacin del volumen ocupado por los poros (Vp) al volumen ocupado por los slidos (Vs) en una masa granular.

e = Vp/Vs

El material de relleno adquiere su estado ms compacto cuando alcanza su mayor densidad al reducir al mnimo el volumen ocupado por sus poros. RAZN DE POROS REAL

Es aquella que corresponde el estado natural del material y relaciona el volumen de

poros y el volumen de los slidos. Este parmetro por ser esencialmente una

relacin de volmenes es una medida que controla la compactacin de un relleno.

Cuando la razn de poros se aproxima al , la densidad relativa es mayor y el

relleno es ms compacto. La siguiente relacin nos ayuda para su determinacin.

= [( + )

]

Dnde:

e = Razon de poros real

G = Gravedad especifica de los solidos (gr

cm3)

RM = Relacion de humedad(peso de agua

peso de slido)

D = Densidad del relleno (gr/cm3)

Pgina 6


El problema prctico es comn usar como referencia el valor de la compacidad

relativa en un 50%; los materiales con valores superiores a este se consideran como

compactos y se calcula del modo siguiente:

= [

]

= (

)

=

.

= [( + )

]

Dnde:

Cr = Compacidad relativa (%)

emax = Razon de poros correspondientes al estado mas suelto

emin = Razon de poros correspondientes al estado mas compacto del material

Dmin = Densidad minima

Dmax = Densidad maxima

La densidad mnima se determina secando los slidos en un horno y determinado

su volumen y peso.

El relleno alcanzara su densidad mxima reduciendo hasta un lmite mnimo el

volumen ocupado por sus poros, lo que implica el material adquiera su estado ms

compacto.

COEFICIENTE DE VISCOSIDAD La viscosidad de un fluido representa el valor de fricciones moleculares internos que se oponen a su movimiento. Su conocimiento es ideal para determinar el comportamiento de dicho fluido cuando est en movimiento y particularmente prdida de carga en las tuberas.

2.4 PROPIEDADES QUIMICAS DEL RELLENO

En el caso de los relaves empleados para el relleno de la mina, es comn la presencia de sulfuros metlicos sin valor econmico, tales como pirita, pirrotita, marcasita entre otros.

Pgina 7


a. PH

El pH del relave general est alrededor de 11.65, con la adicin de cemento este valor llega a los 12.00, el cual indica una alcalinidad adecuada para el control de aguas acidas, por lo que es necesario mantener estos valores.

b. CARACTERISTICAS DEL AGUA

Para el relleno hidrulico de la mina, se enva en promedio 110 GPM de agua, lo cual forma parte de la pulpa proveniente del mismo relave de la planta concentradora. El PH del agua est en dentro de 10 12. Elementos que constituyen un relave.

ELEMENTO Gr/TON.

Cu 0.72

Pb 0.64

Zn 1.71

Fe 0.23

As 0.01

Cianuro 0.14

2.5 PROPIEDADES MECNICAS

a. CAPACIDAD PORTANTE La carga sobre el relleno consolidado produce asentamientos grandes y difciles de calcular, esta carga se conoce como capacidad portante. b. RESISTENCIA AL CORTE La resistencia al corte del relleno est influenciado por la relacin de vacos y la presin de confinamiento y en menor grado por el tamao, forma, granulometra de las partculas que constituyen el relave. c. RESISTENCIA A LA COMPRESION La resistencia a la compresin del relleno viene ser la cantidad de peso que soporta por metro cuadrado para un determinado tiempo de vida til. d. DISPONIBILIDAD DE AGREGADOS PARA EL RELLENO Los agregados para el relleno estn formados por 50% de arena de canteras y 50% de desmonte proveniente de los avances de interior mina.

2.6 NGULOS DE FRICCIN INTERNA Y COHESIN DE UN RELLENO

Estos parmetros son importantes determinar para calcular la altura mxima

permisible de relleno, cuando se explotan zonas laterales de la cmara rellena,

cuando en el caso del corte y relleno ascendente en cuerpos mineralizados. En las

figuras se ilustran su relacin.

Pgina 8


La altura en referencia se puede determinar con:

=[, ( + )]

Pgina 9


Dnde:

h = Altura del relleno en metros

C = Cohesin (t

m2)

= 45 +

2(ngulo de fallamiento)

= Angulo de friccion interna

III. ACCESORIOS DEL RELLENO HIDRAULICO

a) BOMBA

Existen dos series diferentes de bombas de materiales consistentes, la bomba de

pistones de vlvula de asiento (bomba HSP) y la bomba de materiales consistentes

accionada por tubo oscilante (bomba KOS), tienen un rendimiento excelente en el

transporte hidrulico de materias consistentes.

BOMBA DE MATERIAS CONSISTENTES, ACCIONADAS HIDRULICAMENTE CON TUBO OSCILANTE, DE LA SERIE KOS

Si se trabaja con material de relleno machacado, granulado, con cuerpos extraos aislados grandes (de hasta 100mm), se utilizan bombas de materias consistentes de tubo oscilante, sin vlvulas,(bomba KOS) para bombear. La caracterstica distintiva de la serie KOS sin vlvulas es el tubo oscilante S. El cambio entre los cilindros de aspiracin y presin garantiza un funcionamiento prcticamente continuo y un paso libre del medio transportado. El material de relleno transportado puede Contener partculas extraas con un tamao de hasta el 80 % del dimetro de salida. Con estas bombas de materias consistentes pueden conseguirse rendimientos de hasta 500m3/h y presiones de transporte de hasta 100 bar.

Pgina 10


Bombas de materias consistentes, accionadas hidrulicamente con vlvulas, de la serie HSP Para material pastoso de grano fino, procedente de la preparacin, y cenizas

volantes como material de relleno se utiliza la bomba de pistones de vlvula de

asiento, accionada hidrulicamente, de la serie HSP. Estn dimensionadas para

rendimientos de hasta 500 m3/h y presiones de transporte de hasta 130 bar.

b) VALVULA

Las vlvulas pueden clasificarse segn diferentes caractersticas las ms usadas en

relleno hidrulico son:

VALVULA DE COMPUERTA

Estas vlvulas cierran hermticamente aun con pequeas partculas y se usan

mayormente en las lneas de agua.

Pgina 11


VALVULA DE MARIPOSA

Estas vlvulas se usan en situaciones de control donde no se requiere un cierre

hermtico

VALVULA DE CUCHILLA

Estas vlvulas son de poca prdida de presin

c) TUBERIAS

Los tubos de acero son buenos para la conduccin de relaves alcalinos, distancias

largas y presiones altas, es el conducto por el cual circula la pulpa debe la planta de

bombeo hacia la mina.

Sus caractersticas deben estar preparadas soportar el desgaste por presin que se

denota en la abrasin por el tipo de mineral construido la tubera se clasifica en:

TUBERA FIJA DE ACERO:

Es la que compone la lnea principal del circuito de relleno hidrulico desde la salida

de la bomba hasta los tajeos, pudiendo ser revestidos interiormente o no.

Pgina 12


El desgaste por abrasin en las tuberas vara de un punto a otro de la lnea, existen

2 alternativas. Se instala toda la lnea con tubera revestida interiormente, lo que

implica una inversin inicial bastante fuerte, pero permite eliminar la mano de obra

en el mantenimiento de la lnea.

Se instala toda la lnea de acero y se sustituye esta con una tubera revestida en los

puntos de desgaste elevado, en funcin de las necesidades. Las uniones pueden

ser bridas o uniones victaulic. El acoplamiento victaulic es usado bajo las 3 formas

siguientes:

Abrasadores tipo 77 y tubos ranurados, la ranura tiene el inconveniente de

disminuir el espesor utilizable.

Abrasadores tipo 99 y tubos con extremidades aisladas. El inconveniente es el

costo de la unin.

Abrasadores tipo 77 y tubos con respaldo soldado.

Si se trata de tuberas con revestimiento interior se puede utilizar indistintamente la unin con bridas o la unin victaulic. Las tuberas con revestimiento interior se utilizan principalmente cuando las partculas slidas a transportar son angulosas, gruesas o puntiagudas, las cuales producen un gran desgaste por la abrasin. Cuando el material a transportar contiene una gran proporcin de lamas tienden a

lubricar las paredes de las tuberas de tal forma que las partculas gruesas no tocan

las paredes de la tubera. Sin embargo es necesario remover las lamas excesivas

del material de relleno puesto en el tajeo para que pueda drenar convenientemente

y no forma un ncleo interior barroso.

Pgina 13


PRESION DE TRABAJO: 142.2PSI = 10 kg/cm2

PVC: polivinilo chloride (cloruro de polivinilo)

PE: polythylene (polietileno)

PPL: polyprophylene

Pgina 14


TUBERA FLEXIBLE DE PLSTICO: En el tajeo mismo, conviene que la tunera de llegada del relleno sea flexible sobre

los ltimos metros, dependiendo el largo de las dimensiones del tajeo. Este

elemento flexible permite en el curso del relleno del tajeo, desplazar el punto de

llegada y mejorar as la cohesin. La razn es la siguiente en la proximidad dl punto

de llegada se acumulan los productos ms gruesos y ms densos, mientras lejos de

este, pueden formarse charcos donde se acumulan los productos finos. No es

recomendable usar relleno completamente desprovisto de elementos finos, siendo

conveniente desplazar el punto de llegada del relleno de tal manera que cada punto

de tajeo sea lugar de sedimentacin de gruesos y finos.

d) HIDROCICLONES

Los hidrociclones conocidos tambin por ciclones, forman una clase importante de

equipos destinados principalmente a la separacin de suspensiones slido lquido.

la primera patente del hidrocicln data de 1891, sin embargo, su utilizacin industrial

recin tuvo inicio despus de la segunda guerra mundial en la industria de

procesamiento de minerales. Desde entonces, vienen siendo usados

industrialmente, de manera diversificada en las industrias qumica, metalrgica,

petroqumica, textil, y otros.

Los hidrociclones fueron originalmente diseados para promover la separacin

slido-lquido, sin embargo, actualmente son tambin utilizados para separacin de

slido slido, lquido lquido y/o gas lquido.

Pgina 15


La industria minera es el principal usuario de los HIDROCICLONES, siendo aplicado

en clasificacin de lquidos, espesamiento, ordenamiento de partculas por densidad

o tamao y lavado de slidos.

IV. APLICACIONES DE RELLENO HIDRAULICO

El Relleno Hidrulico es utilizado en la mina, para rellenar los espacios vacos que

quedan despus de la extraccin del mineral econmico, se compone

de una mezcla de relave con cemento, agua y en algunos casos con escoria proveniente

de las refineras, comportndose dicha mezcla como un fluido al principio (bombeable) y

luego rgido por lo tanto una sustancia capaz de resistir fuerzas o esfuerzos de corte

sin desplazarse.

As mismo se resalta las siguientes aplicaciones del relleno hidrulico:

Proveer una plataforma de trabajo.

Evitar el movimiento y cada de las rocas.

Facilitar la recuperacin de pilares.

Evitar o minimizar la subsidencia.

Estabilizar el macizo rocoso en las minas, reduciendo la posibilidad de estallidos de

roca.

Controlar y prevenir incendios en las minas.

Minimizar la deposicin de relaves o material rocoso en superficie ayudado al

control ambiental.

El Relleno Hidrulico, as como cualquier mtodo de relleno tiene dos fines primordiales: El primero es servir como piso de trabajo para efectuar la perforacin, el disparo y el acarreo de mineral, y el segundo es servir de sostenimiento para que la mina no colapse debido al incremento de reas abiertas.

La preparacin para relleno y el relleno son parte de las etapas de minado, dentro del ciclo de explotacin por el mtodo de Corte y Relleno, ya sea ascendente o

Pgina 16


descendente. Estas actividades de preparacin para relleno y el relleno ocupan del 30% al 40% de tiempo empleado dentro del ciclo.

Debido a la premura con que se deben ejecutar las actividades del ciclo de minado, el relleno debe cumplir ciertos requisitos de granulometra y velocidad de percolacin o ndice de permeabilidad. El relleno hidrulico podra ser parte del relave desechado por la concentradora o cualquier material rocoso, aluvial o coluvial, sometido al proceso de chancado, tamizado, molienda y cicloneo. Generalmente, se utiliza el relave desechado por la planta concentradora para ciclonear, a fin de pasar las arenillas del relave (superiores a la malla 200), las que caen a un tanque de agua donde es mezclado mediante un agitador. Esta mezcla de la arenilla del relave con el agua es el relleno hidrulico, el que es lanzado por una bomba de lodo reciprocante, a fin de ser transportado mediante una tubera de alta presin de doble capa, con la pared interior de acero de alta aleacin, templado a 600 brinell de dureza. La potencia de la bomba y el dimetro de la tubera son calculados en funcin de las condiciones y requerimientos que se presenten particularmente en cada mina; asimismo, los costos de inversin y de operacin obedecern a parmetros particulares de cada caso. Los finos del relave, resultantes del cicloneo, sern enviados a un depsito o cancha de relaves.

VENTAJAS DEL RELLENO HIDRULICO

Cuando se utiliza relave de una planta concentradora el costo de la obtencin del

material es cero, ya que la planta cubre los costos de reduccin de tamao del

material.

Cuando se utiliza el material detrtico producto de las labores de preparacin y

desarrollo se contribuye a maximizar la vida til de las desmontaras y asimismo se

minimiza el impacto ambiental.

El transporte en tuberas es mucho ms econmico, eficiente y rpido que con otro

tipo de transporte.

Al depositarse el relleno en el tajo en forma de pulpa tiende a buscar su nivel en

forma natural, eliminando as la necesidad de utilizar recursos adicionales para

esparcirlo manual o mecnicamente.

El relleno hidrulico por la granulometra del material que es de fcil control permite

una alta resistencia al movimiento de las cajas.

El relleno hidrulico permite aumentar la eficiencia y productividad en los tajos

debido a la disminucin del consumo de madera y a la reduccin del costo de

minado por la versatilidad que brinda.

Pgina 17


DESVENTAJAS DEL RELLENO HIDRULICO

El sistema de relleno hidrulico requiere una alta inversin de capital, para lo cual es

necesario tener un sustento financiero de aplicabilidad.

La introduccin de agua en el relleno a la mina es un problema si el drenaje se

realiza por bombeo.

Cuando se utiliza material con contenidos altos de pirita o pirrotita, al oxidarse estos

sulfuros se produce una reaccin exotrmica lo cual eleva la temperatura y produce

anhdrido sulfuroso.

En el agua de drenaje del relleno siempre arrastra cierta cantidad de finos los cuales

se depositan en los niveles inferiores de las labores rellenadas.

V. PREPARACION DEL MATERIAL DE RELLENO

Para la preparacin del material de relleno hidrulico, se someten a varios procesos y

anlisis dependiendo de la calidad de roca de la mina; en general se someten a anlisis

granulomtrico, densidad, porcentaje de solidos; a fin de obtener un producto ideal para el

relleno y as garantizar la resistencia a la compresin.

A) ADITAMENTOS EN EL RELLENO HIDRAULICO

CEMENTO

Es un material aglomerante que tiene las propiedades de adherencia y cohesin necesarias para unir el material de relleno entre s formando una masa slida. Para fines prcticos se puede considerar que el cemento est integrado de cuatro componentes principales que son:

COMPONENTES DEL CEMENTO

TIPOS DE CEMENTO

En la mayora, los aumentos de resistencia se controlan por el contenido de C3S Y C2S. Los tipos de cemento Portland que provee la American Society for Testing an Material (ASTM) son:

Tipo I: Este tipo de cemento es de uso general. Es apropiado para todos los usos

cuando no son requeridas las propiedades especiales de los otros tipos de

cementos.

Tipo II: Es usado donde no se requiere una excesiva proteccin contra ataques de

sulfuros, es decir donde los ataques por sulfuros no son severos. Usualmente

genera ms calor de hidratacin que el cemento tipo I.

Pgina 18


Tipo III: Este tipo de cemento da resistencias iniciales altas generalmente a una

semana o menos. Este cemento produce un alto calor de hidratacin.

Tipo IV: Este cemento se usa donde el calor de hidratacin debe ser reducido al

mnimo. Desarrolla resistencias a ms largo plazo que el tipo I.

Tipo V: Este tipo de cemento es usado solamente en concretos que van a ser

expuestos a una severa accin de sulfatos. Este cemento adquiere resistencia ms

lentamente que el tipo I.

Tambin se utiliza cementos que provienen de las Fbricas en el Per como por ejemplo cemento que proviene de la fbrica Condorcocha Cemento Andino este cemento es llevado a travs de camiones contenedores

B) MEZCLAS DEL RELLENO

Se tiene un flujo de planta de 60 m3/hr. de pulpa, con un relleno efectivo de 35 m3/hr de slidos.

Las mezclas ms usuales son: 1:6 y 1:30

c) SELECCIN DEL CICLN

Un hidrocicln es un aparato mecnico esttico que causa la separacin de solidos

suspendidos en el lquido (pulpa) mediante la utilizacin de la fuerza centrfuga esta

fuerza es desarrollada como resultado de una velocidad tangencial y origina que las

partculas ms gruesas y pesadas, sean llevadas a las paredes, puesto que desde

este punto, ellas siguen una trayectoria en espiral hacia abajo para descargarse por

el APEX. Las partculas livianas, las cuales no alcanzan la envolvente que viaja

hacia abajo, son llevadas al over flow a travs del VORTEX

Pgina 19


Se eligen un cicln segn la malla de separacin que se desea y no de acuerdo a su

capacidad, la capacidad deseada se obtiene con el uso de varios ciclones en

paralelo. El corte o separacin depender del peso especfico de la pulpa y de su

concentracin; la variacin de las dimensiones de algunas partes del cicln afectan

el corte o separacin como:

Seccin cnica corta: disminuye la capacidad de alimentacin pero aumenta la

densidad del material fino del rebose (U/F) o viceversa.

Seccin cilndrica corta: aumenta la capacidad de alimentacin pero disminuye el

volumen y la densidad del material grueso de la descarga (O/F). La mxima

capacidad del cicln es controlada para propsitos necesarios con la ecuacin de

flujo:

=

Dnde:

Q = Caudal mximo de alimentacion (cm3/seg)

Vi = Velociadad de alimentacion (cm3

seg)

Ai = Area de ingreso del Hidrocicln(cm2)

Pgina 20


Con la siguiente relacin matemtica se calcula :

= ( ).

Dnde:

K = Factor de fierza centrfuga; el cual es de origen emprico,

del diametro del cicln y tipo (K = 17 para Atacocha en promedio)

Rc = Radio de cicln

g = Aceleracion de la gravedad

Ecuacin de fuerza del cono: con esta ecuacin se trata de determinar el flujo del

under y over flow, para luego determinar el dimetro del pex a emplearse,

mediante la siguiente relacin:

( ) =

= . (/).[( ).]/.

= .

= . /( )

Dnde:

Ss = Gravedad especifica de los solidos

p = Densidad de la pulpa

d50 = Diametro de corte

Vt = Velocidad tangencial

Ai = Area de alimentacion del hidrocicln

Ac = Area de la seccion del cono del hidrociln

Rc = Radio del cono del hidrocicln

Cd = Coeficiente de arrastre (0.222)

Vr = Velocidad radial

Qo = Caudal del "over flow"

Dc = Diametro del cono del hidrocicln

h = altura del cono del hidrocicln

Pgina 21


Reemplazando datos se determina el caudal del over flow y por caudales, se

determina el under flow.

= +

Dnde:

Qo = Caudal del "over flow"

Qu = Caudal del "under Flow"

Seleccion del apex y vortex: una vez determinada los caudales del apex y

vortex, se determina el dimetro del vortex () ideal, el cual viene a ser igual al

dimetro de la envoltura de velocidad tangencial mxima, por causa de que este es

la nica corriente ascensional que lleva partculas en suspensin o sea:

= = .

Las limitaciones en la prctica de las exigencias de la razn de cono ( ), hay

imposibilidad de colocar el dimetro del vortex con el resultado obtenido, por eso

hacen que se suela poner vortex con mayor dimetro al ideal.

De conformidad con las investigaciones hechas para hidrociclones, se han fijado

una relacin emprica til que enlaza el porcentaje del volumen del over flow con

razn de cono ( ); permitiendo fcil obtencin del dimetro del pex. Estas

dos variables se relacionan mediante una curva emprica de utilizacin muy valiosa

cuya figura presenta esta relacin.

VI. TRANSPORTES DEL RELLENO HIDRULICO

El transporte vara de acuerdo a las caractersticas de la pulpa y de las condiciones de las redes de tubera por donde ser enviada hacia los tajeos las caractersticas que se deben de tener en cuenta son:

1. tipo de flujo

2. velocidad de sedimentacin de las partculas en el agua y en suspensin

3. resistencia de las partculas al paso del fluido o viceversa

4. velocidad crtica que adquiere al paso por tuberas de diferentes dimetros

Describiremos muy resumidamente la velocidad crtica de transporte por ser uno de los factores ms importantes.

Pgina 22


a) Velocidad crtica de transporte

Tambin llamada velocidad mnima se define como el promedio de velocidades bajas o lmites que permiten que una partcula durante su transporte en un medio lquido no se sedimente una velocidad menor a esta significa deposicin por sedimentacin; frente al fenmeno de atoramiento de tuberas y graves consecuencias que perjudican el normal desarrollo operativo del transporte.

Para efecto de clculo pueden usarse las siguientes relaciones segn el caso:

Ecuacin de duran y

condolios

Vc=F[2gD(Ss-p)/p]^0.5

Dnde:

Vc = Velocidad crtica F = Parmetro que est en funcin de la concentracin volumtrica de los slidos en la pulpa D = Dimetro de la tubera Ss = Gravedad especfica en los slidos en suspensin densidad de la pulpa

Para que no exista el peligro de atoramiento la velocidad de la pulpa (V=Q/A) debe ser mayor que la velocidad crtica.

a) Equipo de transporte del material de relleno hidrulico

Los equipos de transporte para el relleno hidrulico estn formados por el conjunto de volquetes, bombas, tuberas y accesorios a travs de los cuales la pulpa es transportada hasta los tajeos. Red de tuberas

La pulpa se transporta por un sistema de tuberas aprovechando la gravedad. La pulpa recorre una distancia total de desde la planta de relleno hidrulico hasta el, acumulando de diferencia de cotas. Desde la planta de relleno hasta l se ha instalado de tubera de acero; que es tubera de polietileno, desde donde se distribuyen otras redes secundarias a las distintas zonas de explotacin Velocidad de mnima prdida

Al trabajar con lodos heterogneos, como lo es el caso de pulpa para relleno hidrulico, la velocidad de mnima prdida (Vm) se calcula con la siguiente ecuacin:

= .

*()

Ecuacin de steel

Vc=F[2gD(Ss-1)]^0.5

Pgina 23


Dnde:

Vm = Velocidad de mnima prdida.

Cv = Concentracin de slidos en volumen.

= ngulo de inclinacin de la tubera con respecto a la horizontal.

= Dimetro de la tubera.

g= Aceleracin de la gravedad terrestre.

rg= Gravedad especfica de los slidos.

C2= Coeficiente de arrastre

Dimetro de tubera ( )

El dimetro ( ) de tubera debe ser tal que permita operar en un rgimen sin sedimentacin y bajo condicin de mnima prdida. Como se observa en la ecuacin anterior, la determinacin del dimetro ( ) resulta ser un proceso iterativo. Con la finalidad de minimizar el trabajo, el clculo puede iniciarse con un dimetro ( ) de tubera igual al siguiente:

=. . .

( ). . ( ).

Dnde:

= Dimetro de la tubera (en m).

Ws= Peso de los slidos (TM/h).

Cv= Concentracin de slidos en volumen.

= ngulo de inclinacin de la tubera con respecto a la horizontal.

Ps= Gravedad especfica de los slidos.

Ca= Coeficiente de arrastre

El coeficiente de arrastre (Ca) de las expresiones anteriores puede determinarse exactamente haciendo uso de las grficas de Adam Zanker, pero puede tomarse como valor promedio: Ca=0.44

Finalmente el de la tubera ser aquel que permita una velocidad (Vf):

= + . (/)

= + . (/)

Es importante anotar que cuando se habla de velocidad crtica, tambin se refiere al mnimo de abrasin en las tuberas. Mientras mayor sea la velocidad del relleno, mayor ser l desgaste en las tuberas. La proporcin de desgaste de las tuberas de relleno hidrulico est directamente en relacin al ngulo de inclinacin de las tuberas. Con un pequeo ngulo de inclinacin de una tubera, el desgaste de la misma puede llegar al 90 95% de la vida til del tubo.

Pgina 24


La velocidad con la que el relleno hidrulico ingresa al tajeo estar en funcin del dimetro de la tubera que se utilice, considerando que el caudal es constante. El caudal se calcula con la frmula siguiente:

=

=

Dnde:

Q= Caudal

A= rea de la seccin de la tubera

V= Velocidad del flujo de la pulpa

= Dimetro de la tubera

Despejando de la formula anterior se tiene:

= .

Reemplazando la frmula y simulando con distintos dimetros de tubera se obtiene

el cuadro siguiente:

Velocidad de transporte Considerando los valores de la velocidad crtica de las partculas slidas en el transporte por tuberas ya calculados y estableciendo que en la operacin se suele utilizar como velocidad de flujo para usos prcticos un rango de velocidades que sean superiores por lo menos en una unidad a la velocidad crtica.

= + (/)

Consideramos inicialmente que la pulpa caer por gravedad y descartaremos el clculo para el tubo de 6 por ser demasiada baja la velocidad encontrada. La cota hidrulica empieza en el NV 2375 (superficie); utilizando la frmula de Darcy-Weisbach, tendremos:

Pgina 25


=

Dnde:

g=gravedad (9.81 m/s2)

H=cabeza (en m=

d=dimetro interior de la tubera (m)

F=prdida por friccin (bacos)

L=distancia horizontal mxima a transportar al tajeo (m)

La prdida por friccin en tuberas de acero comercial depende del

VII. OPERACIN DE RELLENO

Por telfono se comunica a la planta que ya se puede enviar el relleno, la planta enva agua para limpiar las tuberas, y luego se enva la pulpa con densidad adecuada. Se procede a efectuar el relleno cambiando los puntos de descarga en forma sistemtica, se colocan los tabiques del canal de drenaje en el nivel superficial del agua para decantarla.

Los materiales de relleno depositado exhiben una distribucin gruesa en tamao que el material inicial descargado. Aparentemente parte de los finos se pierden por percolacin.

Se debe enviar la segregacin de las partculas por las siguientes razones:

a) La mxima densidad del relleno es obtenido por un mezclado de partculas. La

densidad inicial mxima es deseable y es un factor clave para resistir el cierre de

las cajas.

b) Si el clave es cementado, las partculas de cemento se segregan con otros finos

dejando reas pobres y ricas de cemento.

c) Si hay excesiva segregacin la permeabilidad no es uniforme.

d) Alta movilidad de los finos significa una prdida de finos a travs de los canales

de drenaje.

Drenaje

El drenaje se hace por decantacin y percolacin, mucho se utiliza la decantacin como medio primario de desage pero tal decantacin da una alta prdida de finos por la turbulencia de agua decantada.

Pgina 26


Para evitar un mal drenaje se debe tomar en cuenta las siguientes consideraciones.

a) El espacio entre tablas de enrejado debe ser tal que deja pasar el agua con fluidez y no deje escapar el relave. b) El relleno debe tener mucha facilidad de sedimentacin a fin de que se tenga una fcil decantacin.

Los muros de contencin deben hacerse de acuerdo a un diseo.

trabajo final de servicios auxiliares

Documents