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trabajo de relleno hidráulico.
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2015
RELLENO HIDRAULICO
DOCENTE: Ing. Oscar Eugenio lvarez
Gamarra
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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.
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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.
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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.
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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.
D10: Dimetro de la partcula ms grande en el 10% 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.
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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.
D10: Dimetro de la partcula ms grande en el 10% de la fraccin negativa
acumulada del material.
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)
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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.
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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.
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La altura en referencia se puede determinar con:
=[, ( + )]
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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.
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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.
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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.
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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.
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PRESION DE TRABAJO: 142.2PSI = 10 kg/cm2
PVC: polivinilo chloride (cloruro de polivinilo)
PE: polythylene (polietileno)
PPL: polyprophylene
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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.
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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
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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.
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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.
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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
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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)
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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
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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.
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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
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SERVICIOS AUXILIARES MINEROS
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.
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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:
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=
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.
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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.