Caratula

Luffi

Trabajo Final: Simulación de Procesos

Metalúrgicos.

Pertenece a:

Huamani Machaca, Lisandro Gonzalo Borda Chunga, Brayan Borda Rodriguez Rendon, Alison Grace Choquemaqui Mamani Ivan

Curso:

Optimización de sistemas

Carrera:

Ingeniería de Sistemas e Informática

Docente:

Omar Valencia

Arequipa – Perú

Resumen:

En estos últimos años se vienen intensificando el uso de modelos fenomenológicos

en la interpretación y diseño de software de los procesos metalúrgicos. En el

presente trabajo se muestra una simulación en promodel basado en los procesos

metalúrgicos del material del cobre llevado a cabo en la minera Cerro Verde

Arequipa. Se muestra el procesamiento y simulación de la data experimental

mediante los modelos respectivos. Se trata de contrastar con datos de plantas

metalúrgicas para sus validaciones respectivas. Todos estos resultados servirán

para un mejor planeamiento y control de las variables industriales en planta

concentradora.

Introducción

La Simulación de procesos puede ser definida como una técnica para evaluar en forma rápida un proceso con base en una representación del mismo, mediante

modelos matemáticos. La solución de éstos se lleva a cabo con la ayuda de ordenadores, los que permiten tener un mejor conocimiento del comportamiento de dichos proceso. El número de variables que aparecen en la descripción matemática de una planta de procesos metalúrgicos puede extremadamente elevado, y el número de ecuaciones no lineales que deben resolverse pueden ser del orden de miles, por lo tanto la única forma viable de resolver el problema es

por medio de una computadora En los últimos años, la Simulación de procesos en estado estacionario ha llegado a ser una herramienta fundamental para el diseño de procesos metalúrgicos. La Simulación de procesos está jugando un papel muy importante en la industri a minera - metalúrgica, como una herramienta adecuada y oportuna para el

diseño, caracterización, optimización y monitoreo del funcionamiento de procesos a nivel industrial La Simulación de procesos metalúrgicos es una herramienta moderna que se ha hecho indispensable para la solución adecuada de los problemas de proceso. Permite efectuar el análisis de plantas metalúrgicas en operación y llevar a cabo

las siguientes tareas, las cuales son comunes en las diversas aéreas de la industria minero - metalúrgica: a) Detección de cuellos de botella en la producción.

b) Predicción de los efectos de cambios en las condiciones de operación y

capacidad de la planta.

c) Optimización de las variables de operación.

d) Optimización del proceso cuando cambian Ias características de los insumos

y/o las condiciones económicas del mercado.

e) Análisis de nuevos procesos para nuevos productos.

f) Evaluación de alternativas de proceso para reducir el consumo de energía.

g) Análisis de condiciones criticas de operación.

h) Transformación de un proceso para desarrollar otras materias primas.

i) Análisis de factibilidad y viabilidad de nuevos procesos.

j) Optimización del proceso para minimizar la producción de desechos y

contaminantes.

k) Entrenamiento de operadores o ingenieros de proceso

l) Investigación de la factibilidad de auzoinatizaci6n de un proceso.

En principio la simulación de procesos puede ser útil en todas las etapas del desarrollo de un proyecto industrial. En las diferentes etapas de un proyecto puede haber necesidad de realizar simulaciones con diferentes niveles de sofisticación. La simulación de procesos puede usarse en las siguientes etapas de desarrollo de un proyecto industrial:

1. Investigación y desarrollo. Una simulación sencilla se puede usar para

probar la factibilidad técnica y económica del proyecto. 2. Etapa crítica en la toma de decisiones. Se prueban diferentes alternativas

de proceso y condiciones de operación y se toman decisiones simulando si un proceso es económicamente atractivo, para lo cual se deben probar

diferentes alternativas de tamaño y localización de la planta industrial y determinar las condiciones de operación óptimas

3. Planta piloto. Simulaci6n con modelos más sofisticados para obtener mejores estimaciones de las condiciones de operación a escala industrial.

4. Diseño. La simulación proporciona todos los datos de proceso requeridos para el diseño detallado de los diferentes equipos.

5. Simulación de plantas existentes. Puede ser muy útil cuando es necesario cambiar las condiciones de operación. o cuando se quieren sustituir materias primas.

Descripción:

El mineral con el cual nosotros efectuaremos la simulación es el cobre

El cobre se encuentra en forma de diversas sales en yacimientos que, según su composición química, se clasifica en:

- minerales oxidados

- minerales sulfurados, primarios y secundarios, generalmente en yacimientos de tipo “porfídico”.

El cobre puede estar también en forma metálica en pequeñas vetas (cobre nativo), pero ello no es frecuente.

En la mayoría de los yacimientos se encuentran diversos tipos de minerales. La moderna tecnología ha permitido llegar a limites rentables de explotación bajos, especialmente en el caso de los minerales oxidados y sulfurados secundarios.

Geológicamente en el caso de los yacimientos de tipo mixto, el recurso oxidado se

encuentra a nivel más superficial que el sulfurado, por causa de la lenta acción del oxígeno atmosférico.

SISTEMAS DE EXTRACCIÓN DEL MINERAL.

- A rajo o tajo abierto

- subterráneas

La decisión sobre cual sistema utilizar de la minería en general depende en la evaluación económica, que con la ayuda de sistemas computacionales define las zonas de interés y los volúmenes. En principio una explotación subterránea es de

mayor costo que una a rajo abierto, aunque la inversión inicial dependerá del material estéril que tiene que ser removido hasta llegar a la zona mineralizada. El volumen de mineral de la explotación será vital para estimar la amortización del capital invertido, según el tipo de extracción definido.

Las maquinarias utilizadas en la gran minería son de dimensiones espectaculares. Se pueden observar palas gigantes que con su “cuchara” pueden extraer hasta 80 toneladas de mineral en cada operación, los camiones tolva con capacidad de carga superior a las 300 ton.

La explotación subterránea posee equipos para efectuar tronaduras múltiples para el retiro del mineral, incluso manejados a control remoto, por seguridad.

El pequeño minero utiliza la explotación subterránea, buscando el filón o mena para justificar el esfuerzo de trabajar en condiciones precarias en cuanto a

equipamiento y normas de seguridad. En algunos casos extraen el cobre de antiguos botaderos de minas que aun tienen una ley de metal explotable ; esto como consecuencia de los métodos de extracción ineficientes que utilizaban en épocas anteriores.

SISTEMAS DE PROCESAMIENTO MECANICO DEL MINERAL

En la extracción del mineral se obtienen trozos de diverso tamaño, que pueden llegar a medir más de un metro de diámetro.

El mineral debe ser fragmentado y molidos en tamaños adecuados a cada sistema de tratamiento ulterior.

Las operaciones de fragmentación utilizadas son:

- El chancado y la molienda

Ambas pueden realizarse en etapas sucesivas denominadas: proceso primario, secundario y terciario. Obteniéndose partículas de menor tamaño.

Si el mineral va a ser sometido a un proceso de “lixiviación”,el rango de la

partícula podrá oscilar en 6-10mm de diámetro. Si el proceso ulterior es la “flotación” de las partículas su tamaño tendrá que ser muy fino (0.1mm), obteniéndose en forma de una “pulpa” donde se agrega agua y reactivos para facilitar el proceso. El tamaño se expresa en micrometros.

Las operaciones de fragmentación son aquellas donde el material producido es seleccionado en tamices y la que es rechazada es devuelta a la etapa anterior; con la ayuda de correas transportadoras y tolvas.

OBTENCIÓN DE COBRE DESDE MINERALES “OXIDADOS”.

La secuencia de operaciones es utilizada para extraer el cobre del tipo “sulfuros” secundarios, mediante modernos procesos de lixiviación.

Lixiviación del mineral.

Purificación de la solución mediante extracción con solvente.

Electro-obtención de cátodos de cobre.

Lixiviación se denomina al proceso químico que consiste en la solución de

diversas sales presentes en los minerales. Su objetivo es obtener en solución una determinada especie química relativamente concentrada (solución rica o fuerte), la que se separa del resto de los áridos del mineral

El mineral oxidado se lixivia, en cambio los sulfuros secundarios (Calcosina, Covelina, Bornita) se disuelven fundamentalmente por la acción de bacterias del tipo Thiobacillus, principalmente Thio-oxidans y Ferro-oxidans. Son

microorganismos mesofilos que oxidan en presencia de aire, formado actúa como agente oxidante que transforma los sulfuros en sulfatos solubles.

La lixiviación de sulfuros primarios (ej. Calcopirita ) muy abundante en la naturaleza, no es factible, debido a que la genética de la reacción es demasiado lenta por eso son tratados en forma totalmente diversas.

Al finalizar los ciclos de lixiviación, el material se retira con gigantesca palas y se

acumulan en botaderos no contaminantes, o se forma una nueva pila sobre la ya agotada Este último es el más utilizado por razones de costo.

La solución o lixiviado final contiene un porcentaje de cobre C u C O relativamente bajo (1-3 g l ) Está contaminada con yerro y otros elementos mencionados, por lo cual debe ser purificada ante el proceso de electro - obtención.

Purificación. Antiguamente el proceso de purificación era netamente químico y bastante engorroso.

oy día se utiliza universalmente la extracción por solventes, para soluciones de cobre ácidas como almoniacales. Consiste en disolver en querosenos una resina adecuada, por ejemplo del tipo oxima. Esta resina son selectivas para el cobre y no captura otros cationes ( F e, A l, A s, etc.)

NI Aniones . En una segunda etapa , la regeneración o “stripping”, la face orgánica cargada con cobre se agita con una solución concentrada de I I S O pasando el C u a la fase acuosa.

Electro-obtención. El cobre en este proceso se obtiene en forma de láminas metálicas, Cátodos. Con pureza superior al 99. 98%, mediante la electrólisis de la solución “rica” proveniente del proceso de purificación con solventes.

Nuestra simulación esrta centrada en los procesos de extracción de mineral del cobre en la minera Cerro Verde

La Sociedad Minera Cerro Verde S.A.A. es un complejo minero ubicado en el

distrito de Uchumayo, en la provincia de Arequipa, en el Perú, aproximadamente a 20 millas de la ciudad de Arequipa y a una altitud promedio de 2.600 metros sobre el nivel del mar.

En la minera cerro verde el proceso de obtención del cobre se lleva de la siguiente

manera

Sofware a utilizar:

Para la simulación de procesos metalúrgicos utilizaremos el software para

simulación de animación Promodel

Simulación en Promoder

ProModel es un simulador con animación para computadoras

personales. Permite simular cualquier tipo de sistemas de manufactura, logística, manejo de materiales,etc. Puedes simular bandas de transporte, grúas viajeras, ensamble, corte, talleres, logística, etc.

ProModel es un paquete de simulación que no requiere programación,

aunque sí lo permite. Corre en equipos 486 en adelante y utiliza la plataforma Windows®. Tiene la combinación perfecta entre facilidad de uso y flexibilidad para aplicaciones complejas.

Puedes simular Justo a Tiempo, Teoría de Restricciones, Sistemas de Empujar, Jalar, Logística, etc. Prácticamente, cualquier sistema pueder ser modelado.

Una vez hecho el modelo, éste puede ser optimizado para encontrar los

valores óptimos de los parámetros claves del modelo. Algunos ejemplos incluyen determinar la mejor combinación de factores para maximizar producción minimizando costo, minimizar el número de camiones sin penzliar el servicio, etc.

El módulo de optimización nos ayuda a encontrar rápidamente la

solución óptima, en lugar de solamente hacer prueba y error. ProModel cuenta con 2 optimizadores disponibles y permite de esta manera explotar los modelos de forma rápida y confiable.

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Único software de simulación con Optimización plenamente intregrada

Creación de modelos rápida, sencilla y flexible. Modelos optimizables. Elementos de Logística, Manejo de Materiales, y Operaciones

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