RELLENO HIDRAULICO

• ASIGNATURA: SERVICIOS AUXILIARES MINEROS

UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURIMACFACULTAD DE INGENIERIA

“ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS”

El relleno hidráulico (R/H) en muchas minas del mundo constituye una solución atractiva a los problemas ocasionados en relleno en la minería subterránea, pues sus ventajas técnico-económicas permiten mejorar la productividad de las minas. El diseño del sistema del relleno hidráulico (R/H) sin estudio experimental previo, podría generar mas adelante problemas que ocasionaran pérdidas económicas en la empresa.El material experimental está orientado a evaluar el material de relave, desde el punto de vista de su calidad y comportamiento para ser utilizado como relleno hidráulico (R/H). Del mismo modo es sometido a prueba a fin de apreciar su comportamiento durante el trasporte por tuberías de planta a mina.

INTRODUCIÓN

GENERALIDADESSe  aplicó  por  primera  vez  el  año  1864  en  la  mi

na  Shenandoah  enPennsylvania,  Estados  Unidos,  como  control  de  l

a  subsidencia,  posteriormente  se  fuemecanizando  y  optimizando  su  uso  en  la  explot

ación  en  la  minería  subterránea.  En  elPerú  se  aplicó  relleno  hidráulico  en  el  año  1937

  en  la  mina  Lourdes  de  Cerro  de  Pascocon la finalidad de controlar incendios, implementá

ndose luego al ciclo de minado.

Es   más   eficiente   que   el   Relleno   Neumático,   el   Relleno

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

casos  reemplazó  al  Relleno  Detrítico  o  Relleno  Sólido  transportado  en  carros  mineros o

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

los   otros   métodosde   relleno   que   se   efectúan   transportando   los

   sólidos   en   mediosfluidos por tubería e impulsados por bombas.

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

tuberías,  con  una  concentración  de  peso  de  76%  de  sólidos  y  24%  de  líquidos.  En  su

mayoría  el  material  es  el  relave  de  planta  concentradora,  pero también  se utiliza  arenas

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

PULPA

HOMOGENEAEste tipo de pulpa se comporta como un

fluido plástico de Binghan, es decir que las propiedades del agua se afectan por la

presencia de los sólidos, por ejemplo las arcillas.

HETEROGENEALos relaves, arenas, concentrados de

minerales se comportan como mezclas, ya que el líquido y los sólidos se comportan independientemente, denominándose al conjunto sólido-líquido, mezcla o pulpa

heterogénea.

1. GRAVEDAD ESPECIFICA DE LOS SOLIDOS2. TAMAÑO MAXIMO DE PARTICULAS3. PERMEABILIDAD4. DUREZA DEL SOLIDO5. GRANULOMETRIA6. COEF. DE UNIFORMIDAD7. POROSIDAD8. COEF. VISCOCIDAD

CARACTERISTICAS DEL MATERIAL A TRANSPORTAR

PH

El pH del relave general está alrededor de 11.65, con la adición 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.

CARACTERISTICAS DEL AGUA

Para el relleno hidráulico de la mina, se envía 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 está 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

PROPIEDADES QUIMICAS DEL RELLENO HIDRAULICO

CAPACIDAD PORTANTE La carga sobre el relleno consolidado produce asentamientos grandes y

difíciles de calcular, esta carga se conoce como capacidad portante.

RESISTENCIA AL CORTE La resistencia al corte del relleno está influenciado por la relación de

vacíos y la presión de confinamiento y en menor grado por el tamaño, forma, granulometría de las partículas que constituyen el relave.

RESISTENCIA A LA COMPRESION La resistencia a la compresión del relleno viene ser la cantidad de peso que soporta por metro cuadrado para un determinado tiempo de vida útil.

DISPONIBILIDAD DE AGREGADOS PARA EL RELLENO Los agregados para el relleno están formados por 50% de arena de

canteras y 50% de desmonte proveniente de los avances de interior mina.

PROPIEDADES MECANICAS DEL RELLENO HIDRAULICO

Estos parámetros son importantes determinar para calcular la altura máxima permisible de relleno, cuando se explotan zonas laterales de la cámara rellena, cuando en el caso del corte y relleno ascendente en cuerpos mineralizados. En las figuras se ilustran su relación.

ANGULO DE INTERNA Y COHESION DE UN RELLENO HIDRAULICO

1. BOMBA Existen dos series diferentes de bombas de

materiales consistentes, la bomba de pistones de válvula de asiento (bomba HSP) y la bomba de

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

transporte hidráulico de materias consistentes.

ACCESORIOS DEL RELLENO HIDRAULICO

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

Si se trabaja con material de relleno machacado, granulado, con cuerpos extraños aislados grandes (de hasta 100mm), se utilizan bombas de materias consistentes de tubo oscilante,

sin válvulas,(bomba KOS) para bombear.La característica distintiva de la serie KOS sin válvulas es el tubo oscilante “S”. El cambio entre los cilindros de aspiración y presión garantiza un funcionamiento prácticamente

continuo y un paso libre del medio transportado. El material de relleno transportado puedeContener partículas extrañas con un tamaño de hasta el 80 % del diámetro de salida. Con

estas bombas de materias consistentes pueden conseguirse rendimientos de hasta 500m3/h y presiones de transporte de hasta 100 bar.

BOMBAS DE MATERIAS CONSISTENTES, ACCIONADAS HIDRÁULICAMENTE CON

VÁLVULAS, DE LA SERIE HSP Para material pastoso de grano fino, procedente de la

preparación, y cenizas volantes como material de relleno se utiliza la bomba de pistones de válvula de asiento,

accionada hidráulicamente, de la serie HSP. Están dimensionadas para rendimientos de hasta 500 m3/h y

presiones de transporte de hasta 130 bar.

2. VALVULA Las válvulas pueden clasificarse según diferentes características las más usadas en relleno hidráulico son:

VALVULA DE COMPUERTA: Estas válvulas cierran herméticamente aun con pequeñas partículas y se usan mayormente en las líneas de agua.

VALVULA DE MARIPOSA: Se usan en situaciones de control donde no se requiere un cierre hermético.

VALVULA DE CUCHILLA: Son

de poca perdida de presión.

3. TUBERIASLos tubos de acero son buenos para la conducción 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 características deben estar preparadas soportar el desgaste por presión que se denota en la abrasión por el tipo de mineral construido.

Tubería fija de acero Tubería fija de plástico

3. HIDROCICLONESLos hidrociclones conocidos también por ciclones, forman una clase importante de equipos destinados principalmente a la separación de suspensiones sólido – líquido. La primera patente del hidrociclón data de 1891, sin embargo, su utilización industrial recién tuvo inicio después de la segunda guerra mundial en la industria de procesamiento de minerales. Desde entonces, vienen siendo usados industrialmente, de manera diversificada en las industrias química, metalúrgica, petroquímica, textil, y otros.

El Relleno Hidráulico es utilizado en la mina, para rellenar los espacios vacíos que quedan después de la extracción del mineral económico, se compone de una mezcla de relave con cemento, agua y en algunos casos con escoria proveniente de las refinerías, comportándose dicha mezcla como un fluido al principio (bombeable) y luego rígido por lo tanto una sustancia capaz de resistir fuerzas o esfuerzos de corte sin desplazarse.

Así mismo se resalta las siguientes aplicaciones del relleno hidráulico:

Proveer una plataforma de trabajo. Evitar el movimiento y caída de las rocas. Facilitar la recuperación 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 deposición de relaves o material rocoso en superficie ayudado al control

ambiental.

APLICACIÓN DEL RELLENO HIDRAULICO

Cuando se utiliza relave de una planta concentradora el costo de la obtención del material es cero, ya que la planta cubre los costos de reducción de tamaño del material.

Cuando se utiliza el material detrítico producto de las labores de preparación y desarrollo se contribuye a maximizar la vida útil de las desmontaras y asimismo se minimiza el impacto ambiental.

El transporte en tuberías es mucho más económico, eficiente y rápido 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 así la necesidad de utilizar recursos adicionales para esparcirlo manual o mecánicamente.

El relleno hidráulico por la granulometría del material que es de fácil control permite una alta resistencia al movimiento de las cajas.

El relleno hidráulico permite aumentar la eficiencia y productividad en los tajos debido a la disminución del consumo de madera y a la reducción del costo de minado por la versatilidad que brinda.

VENTAJAS DEL RELLENO HIDRAULICO

El sistema de relleno hidráulico requiere una alta inversión de capital, para lo cual es necesario tener un sustento financiero de aplicabilidad.

La introducción 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 reacción exotérmica lo cual eleva la temperatura y produce anhídrido 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.

DESVENTAJAS DEL RELLENO HIDRAULICO

Para la preparación del material de relleno hidráulico, se someten a varios procesos y análisis dependiendo de la calidad de roca de la mina; en general se someten a análisis granulométrico, densidad, porcentaje de solidos; a fin de obtener un producto ideal para el relleno y así garantizar la resistencia a la compresión.

PREPARACION DEL MATERIAL DE RELLENO

A) ADITAMENTOS EN EL RELLENO HIDRAULICO

CEMENTO Es un material aglomerante que tiene las propiedades de adherencia y cohesión necesarias para unir el material de relleno entre sí formando una masa sólida. Para fines prácticos se puede considerar que el cemento está integrado de cuatro componentes principales que son:

TIPOS DE CEMENTO En la mayoría, 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 protección contra ataques de sulfuros, es decir donde los ataques por sulfuros no son severos. Usualmente genera más calor de hidratación que el cemento tipo I.

Tipo III: Este tipo de cemento da resistencias iniciales altas generalmente a una semana o menos. Este cemento produce un alto calor de hidratación.

Tipo IV: Este cemento se usa donde el calor de hidratación debe ser reducido al mínimo. Desarrolla resistencias a más 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 acción de sulfatos. Este cemento adquiere resistencia más lentamente que el tipo I.

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 sólidos. Las mezclas más usuales son: 1:6 y 1:30.

C) SELECCIÓN DEL CICLÓN Un hidrociclón es un aparato mecánico estático que causa la separación de solidos suspendidos en el líquido (pulpa) mediante la utilización de la fuerza centrífuga esta fuerza es desarrollada como resultado de una velocidad tangencial y origina que las partículas más 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 partículas livianas, las cuales no alcanzan la envolvente que viaja hacia abajo, son llevadas al “over flow” a través del “VORTEX”. Sección cónica corta: disminuye la capacidad de

alimentación pero aumenta la densidad del material fino del rebose (U/F) o viceversa.

Sección cilíndrica corta: aumenta la capacidad de alimentación pero disminuye el volumen y la densidad del material grueso de la descarga (O/F).

El transporte varía de acuerdo a las características de la pulpa y de las condiciones de las redes de tubería por donde será enviada hacia los tajeos las características que se deben de tener en cuenta son:

1. Tipo de flujo2. Velocidad de sedimentación de las partículas en el agua

y en suspensión3. Resistencia de las partículas al paso del fluido o

viceversa4. Velocidad crítica que adquiere al paso por tuberías de

diferentes diámetros

Describiremos muy resumidamente la velocidad crítica de transporte por ser uno de los factores más importantes.

TRANSPORTE DEL RELLENO HIDRAULICO

Velocidad crítica de transporte También llamada velocidad mínima se define como el promedio de velocidades bajas o límites que permiten que una partícula durante su transporte en un medio líquido no se sedimente una velocidad menor a esta significa deposición por sedimentación; frente al fenómeno de atoramiento de tuberías y graves consecuencias que perjudican el normal desarrollo operativo del transporte. Equipo de transporte del material de relleno hidráulico Los equipos de transporte para el relleno hidráulico están formados por el conjunto de volquetes, bombas, tuberías y accesorios a través de los cuales la pulpa es transportada hasta los tajeos.

Red de tuberías Velocidad de mínima pérdida Diámetro de tubería (∅ )Velocidad de transporte

Por teléfono se comunica a la planta que ya se puede enviar el relleno, la planta envía agua para limpiar las tuberías, y luego se envía la pulpa con densidad adecuada. Se procede a efectuar el relleno cambiando los puntos de descarga en forma sistemática, se colocan los tabiques del canal de drenaje en el nivel superficial del agua para decantarla. Los materiales de relleno depositado exhiben una distribución gruesa en tamaño que el material inicial descargado. Aparentemente parte de los finos se pierden por percolación. Se debe enviar la segregación de las partículas por las siguientes razones:

La máxima densidad del relleno es obtenido por un mezclado de partículas. La densidad inicial máxima es deseable y es un factor clave para resistir el cierre de las cajas.

Si el clave es cementado, las partículas de cemento se segregan con otros finos dejando áreas pobres y ricas de cemento.

Si hay excesiva segregación la permeabilidad no es uniforme.

Alta movilidad de los finos significa una pérdida de finos a través de los canales de drenaje.

OPERACIÓN DE RELLENO

Drenaje

El drenaje se hace por decantación y percolación, mucho se utiliza la decantación como medio primario de desagüe pero tal decantación da una alta pérdida de finos por la turbulencia de agua decantada. Para evitar un mal drenaje se debe tomar en cuenta las siguientes consideraciones.

El espacio entre tablas de enrejado debe ser tal que deja pasar el agua con fluidez y no deje escapar el relave.

El relleno debe tener mucha facilidad de sedimentación a fin de que se tenga una fácil decantación.

Los muros de contención deben hacerse de acuerdo a un diseño.

GRACIAS

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