Anexo_1.1.4d-Estudios_Reologia

COEMIN S.A.

INGENIERÍA BÁSICA AVANZADA DEPÓSITOS DE RELAVES ESPESADOS

SECTOR 4 Y 5

INFORME TÉCNICO

CARACTERIZACIÓN DE RELAVES

DOCUMENTO Nº 1201-IB-GA-IT-03 Rev 0

MARZO – 2010

SNC-LAVALIN/VST INGENIEROS CLIENTE REV DESCRIPCIÓN

POR REVISÓ APROBÓ FECHA APROBÓ REVISÓ

0 EMISIÓN FINAL G.M.M. M.C.B. R.V.A. MAR-2010

B REVISIÓN CLIENTE G.M.M. M.C.B. R.V.A. DIC-2009

A REVISIÓN INTERNA G.M.M. M.C.B. R.V.A. NOV-2009

i

COEMIN S.A.

INGENIERÍA BÁSICA AVANZADA DEPÓSITOS DE RELAVES ESPESADOS

SECTORES 4 Y 5

INFORME TÉCNICO

CARACTERIZACIÓN DE RELAVES

1201-IB-GA-IT-03 Rev 0

MARZO – 2010

ÍNDICE DE CONTENIDOS

1. INTRODUCCIÓN.............................................................................................1

2. OBJETIVOS ......................................................................................................1

3. ENSAYOS GEOTÉCNICOS ...........................................................................1

3.1. Granulometría ................................................................................................1 3.2. Parámetros geotécnicos..................................................................................4

3.3. Límite de contracción ....................................................................................5

4. CONSOLIDACIÓN Y PERMEABILIDAD...................... .............................6 4.1. Consolidación ................................................................................................6 4.2. Permeabilidad ................................................................................................8

5. ENSAYOS REOLÓGICOS..............................................................................9

5.1. Metodología ...................................................................................................9 5.2. Ensayos de espesamiento.............................................................................10

5.3. Yield stress...................................................................................................10 5.3.1. Resultados Yield stress diciembre 2008 ............................................10

5.3.2. Resultados Yield stress agosto 2009..................................................12

5.3.3. Resultados Yield stress noviembre 2009............................................14

5.4. Pendiente de depositación............................................................................15

5.4.1. Resultados de pendiente de depositación diciembre 2008 ................15 5.4.2. Resultados de pendiente de depositación agosto 2009 ....................17 5.4.3. Resultados de pendiente de depositación noviembre 2009 ..............18

5.5. Viscosidad....................................................................................................19

ii

5.5.1. Reogramas diciembre 2008 ...............................................................20

5.5.2. Reograma agosto 2009 ......................................................................28

5.5.3. Reogramas noviembre 2009 ..............................................................30

6. ANÁLISIS DE RESULTADOS .....................................................................36

6.1. Granulometría ..............................................................................................36 6.2. Pendiente de depositación............................................................................36

6.3. Esfuerzo de corte (Yield stress) ..................................................................36

6.4. Viscosidad....................................................................................................36

7. COMPARACIÓN DE RESULTADOS.........................................................37

8. CONCLUSIONES ...........................................................................................41

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Granulometría muestras Dic-2008 ..........................................................2

Tabla 2 Granulometría muestra Ago-2009...........................................................3

Tabla 3 Granulometría muestras Nov-2009.........................................................3

Tabla 4 Parámetros Geotécnicos ..........................................................................5

Tabla 5 Límite de contracción..............................................................................5

Tabla 6 Consolidación de relave por peso propio ................................................6

Tabla 7 Condiciones para el espesamiento ........................................................10

Tabla 8 Comparación de granulometrías relave integral ...................................37

Tabla 9 Comparación de granulometrías relave desmagnetizado......................38 Tabla 10 Resumen de valores característicos para pendiente de 5 a 6%. ............41

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 Granulometrías........................................................................................4

Figura 2 Profundidad v/s Densidad seca ...............................................................7

Figura 3 Profundidad v/s Concentración de sólidos..............................................8

Figura 4 Profundidad v/s Permeabilidad ...............................................................9

Figura 5 Yield stress relave integral. dic-2008....................................................11

Figura 6 Yield stress relave integral floculado cizallado. dic-2008 ....................11

Figura 7 Yield stress relave desmagnetizado. dic-2008 ......................................12

Figura 8 Yield stress relave desmagnetizado, floculado cizallado. dic-2008 .....12 Figura 9 Yield stress muestra relave integral pH 10,5. ago-2009 .......................13

Figura 10 Yield stress relave integral floculado cizallado. nov-2009...................14

iii

Figura 11 Yield stress relave desmagnetizado floculado cizallado. nov-2009 .....15

Figura 12 Pendiente de depositación relave integral, dic-2008.............................16

Figura 13 Pendiente de depositación relave integral, floculado cizallado, dic-2008 ...............................................................................................................16 Figura 14 Pendiente de depositación relave desmagnetizado, dic-2008 ...............17 Figura 15 Pendiente de depositación relave desmagnetizado, floculado cizallado, dic-2008 ...............................................................................................................17 Figura 16 Pendiente de depositación relave integral, pH 10,5, ago-2009.............18

Figura 17 Pendiente de depositación relave integral nov-2009.............................18

Figura 18 Pendiente de depositación relave desmagnetizado nov-2009...............19 Figura 19 Reograma relave integral pH 9,1, dic-2008 ..........................................21

Figura 20 Reograma relave integral pH 10,1, dic-2008 ........................................21

Figura 21 Reograma relave integral pH 12,6, dic-2008 ........................................22

Figura 22 Reograma relave integral pH 10,0 floculado cizallado, dic-2008 ........22 Figura 23 Reograma relave integral pH 12,3 floculado cizallado, dic-2008 ........23 Figura 24 Viscosidad vs concentración de sólidos, dic-2008................................23

Figura 25 Yield stress de Bingham vs concentración de sólidos, dic-2008 ..........24 Figura 26 Reograma relave desmagnetizado pH 9,1, dic-2008.............................24 Figura 27 Reograma relave desmagnetizado pH 10,1, dic-2008...........................25 Figura 28 Reograma relave desmagnetizado pH 12,6, dic-2008...........................25 Figura 29 Reograma relave desmagnetizado pH 9,1 floculado cizallado, dic-2008. ...............................................................................................................26 Figura 30 Reograma relave desmagnetizado pH 10,0 floculado cizallado, dic-2008 ...............................................................................................................26 Figura 31 Reograma relave desmagnetizado pH 12,0 floculado cizallado, diciembre 2008 ..........................................................................................................27 Figura 32 Viscosidad muestra relave desmagnetizado, dic-2008 .........................28 Figura 33 Yield stress de Bingham muestra relave desmagnetizado, dic-2008....28 Figura 34 Reograma relave integral pH 10,5 ago-009 ..........................................29

Figura 35 Yield stress de Bingham relave integral pH 10,5 ago-2009 .................30 Figura 36 Viscosidad relave integral pH 10,5 ago-2009.......................................30

Figura 37 Reograma relave Integral pH 9,5, floculado cizallado nov-2009 .........31 Figura 38 Reograma relave Integral pH 10,5, floculado cizallado nov-2009 .......31 Figura 39 Reograma relave Integral pH 11,5, floculado cizallado nov-2009 .......32 Figura 40 Yield stress de Bingham relave integral, nov-2009 ..............................32

Figura 41 Viscosidad relave integral, nov-2009....................................................33

Figura 42 Reograma relave desmagnetizado pH 9,5, floculado cizallado nov-2009 ...............................................................................................................33

iv

Figura 43 Reograma relave desmagnetizado pH 10,5, floculado cizallado nov-2009 ...............................................................................................................34 Figura 44 Reograma relave Desmagnetizado pH 11,5, floculado cizallado noviembre 2009 .........................................................................................................34 Figura 45 Yield stress de Bingham relave desmagnetizado noviembre 2009.......35 Figura 46 Viscosidad relave desmagnetizado noviembre 2009 ............................35 Figura 47 Granulometrías relave integral, ensayos 2008 y 2009..........................37 Figura 48 Granulometrías relave desmagnetizado, ensayos 2008 y 2009 ............38 Figura 49 Comparación de Yield stress, relave integral pH 10,5.........................39

Figura 50 Comparación de Yield stress, relave desmagnetizado pH 10,5 ...........39 Figura 51 Comparación de pendiente de depositación, relave integral pH 10,5...40 Figura 52 Comparación de pendiente de depositación, relave desmagnetizado pH 10,5 ...............................................................................................................40

1

Avda. Presidente Riesco 5335, piso 2, Las Condes-Chile. Fono: (56-2) 431 2800 - e-mail: [email protected]

1. INTRODUCCIÓN

El presente documento aborda un resumen de resultados reológicos y geotécnicos realizados a los relaves de flotación, provenientes de la planta COEMIN, ubicada en la comuna de Tierra Amarilla, provincia de Copiapó

Los resultados de estos ensayos se constituyen en información básica para el diseño del proyecto de la planta de espesado, sistema de transporte y descarga de relave espesado en el depósito proyectado en sector 5.

Los resultados que se presentan corresponden a distintas muestras, ensayadas en tres periodos de tiempo: diciembre del 2008, agosto del 2009 y noviembre de 2009, correspondientes a muestras de relave integral y desmagnetizado.

2. OBJETIVOS

El objetivo de este documento es determinar las características de los relaves de flotación para el diseño del sistema de depositación del relave en cuestión. Esto comprende.

• Transporte de relaves espesado • Depósito de relaves espesado.

3. ENSAYOS GEOTÉCNICOS

Las muestras provienen de minera Coemín y corresponde a la producción característica del momento, además Coemín ha hecho un esfuerzo para producir un relave desmagnetizado, el cual es el descarte de la concentración magnética efectuada al mismo relave.

Los ensayos se han practicado varias muestras, una de ellas relave integral y otra muestra del mismo relave desmagnetizado.

3.1. Granulometría

La granulometría de las muestras, se obtiene a partir del tamizado de los relaves por mallas estandarizadas según norma ASTM, hasta un tamaño de 25 µm (malla #500). Los tamaños inferiores a este valor se obtienen vía Hidrometría, que es un proceso basado en la sedimentación de las partículas en una probeta estandarizada y en condiciones controladas.

2


La Tabla 1, Tabla 2 y Tabla 3 muestran las granulometrías de las muestras ensayadas en los distintos periodos de tiempo.

Tabla 1 Granulometría muestras Dic-2008

Relave integral Diciembre 2008

Relave desmagnetizado Diciembre 2008

Tamaño Pasante Tamaño Pasante Malla ASTM

µm % µm % #10 2000 100 2000 100 #40 420 99 420 99 #60 250 94 250 93 #140 105 74 105 63 #200 74 66 74 54 #270 53 58 53 47 #400 38 51 38 41 #500 25 45 25 35

21 41 20 29 18 39 15 28 14 37 11 27 10 35 9 26 8 33 5 23 4 29 3 21 3 27 1 19

HIDROMETRÍA

1 23 -- --

3


Tabla 2 Granulometría muestra Ago-2009

Relave integral Agosto Tamaño Pasante Malla ASTM

µm % #10 2000 100 #40 420 99 #60 250 92 #140 105 66 #200 74 57 #270 53 49 #400 38 43 #500 25 35

21 30 17 26 12 24 10 22 5 21 4 19

HIDROMETRÍA

1 14

Tabla 3 Granulometría muestras Nov-2009

Relave integral Relave Tamaño Pasante Tamaño Pasante Malla ASTM

µm % µm % #10 2000 100 2000 100 #40 420 97 420 99 #60 250 89 250 96 #100 150 75 150 85 #140 105 64 105 75 #200 74 54 74 65 #270 53 46 53 57 #400 38 43 38 53 #500 25 36 25 46

17 32 22 44 12 29 16 42 10 27 13 40 5 26 7 36 4 25 5 34

HIDROMETRÍA

1 19 1 28

4


La Figura 1 presenta una gráfica en que se pueden comparar las granulometrías de las distintas muestras.

0

20

40

60

80

100

120

1 10 100 1000 10000

Mat

eria

l pas

ante

(%

)

Tamaño de partículas (µm)

Relave integral Diciembre 2008

Relave desmagnetizado Diciembre 2008

Relave integral Agosto 2009

Relave integral Noviembre 2009

Relave desmagnetizado noviembre 2009

Figura 1 Granulometrías

En el Capítulo 7 se exhibe una comparación de todas las granulometrías obtenidas hasta el momento, considerando las etapas de ingeniería anteriores del proyecto.

3.2. Parámetros geotécnicos

En la Tabla 4 se muestra un resumen de los distintos parámetros geotécnicos obtenidos de los ensayos. Se indica además la clasificación USCS de las muestras, la cual enmarca a estos relaves dentro de un suelo tipo ML.

5


Tabla 4 Parámetros Geotécnicos

Parámetro Integral

Diciembre 2008

Desmag Diciembre

2008

Integral Agosto 2008

Integral Noviembre

2009

Desmag Noviembre

2009

Gs 3,06 2,88 2,97 3,01 2,91

P80 (µm) 149 187 174 180 124

d50(µm) 36 60 56 57 32 Límite líquido 17,2 18 17,6 17,2 20,2 Índice de plasticidad NP 0,9 NP NP 0,3 Clasificación USCS ML ML ML ML ML

3.3. Límite de contracción

El límite de contracción es la humedad máxima de un suelo, bajo la cual, variaciones del contenido de agua del material no causan variaciones de volumen. Este valor se representa como un porcentaje y también se puede indicar como una concentración de sólidos equivalente con respecto al peso seco de los sólidos, y relacionarla con la densidad que puede lograr un relave depositado.

A continuación en la Tabla 5, se presentan los resultados de este ensayo, que corresponde al promedio de dos mediciones del mismo relave en idénticas condiciones.

Tabla 5 Límite de contracción

Parámetro Integral

Diciembre 2008

Desmag Diciembre

2008

Integral Agosto 2008

Desmag Noviembre

2009

Integral Noviembre

2009

Límite de contracción por secado al aire (ωc) 18,90% 16% 21,10% 24,10% 20,4

Concentración de sólidos al L.C. (Cp) 84,10% 86,20% 82,60% 80,60% 83,1

Densidad seca γseca 1,94 1,97 1,83 1,76 1,87

Nota: la densidad seca se define como el peso seco dividido por el volumen total.

6


4. CONSOLIDACIÓN Y PERMEABILIDAD

4.1. Consolidación

En los depósitos de relaves espesados de potencia importante (gran profundidad), las fuerzas de consolidación por peso propio pueden ser mayores que las obtenidas por el límite de contracción por secado al aire. De esta manera, las densidades en las capas profundas son mayores que las obtenidas por evaporación y por el efecto de succión capilar.

Para estudiar las densidades en función de la profundidad del depósito, se realizaron ensayos de consolidación por peso propio a una porción de la muestra recibida. El ensayo consiste en la aplicación de incrementos simultáneos de carga hasta alcanzar una presión efectiva equivalente a una columna de aproximadamente 50 metros de material saturado.

En los gráficos, y como referencia, se señala la profundidad a la cual la consolidación por peso propio produce una densidad equivalente a la del límite de contracción. En este caso se ha tomado el relave desmagnetizado para la realización del ensayo, debido a que este representa la operación normal proyectada.

Tabla 6 Consolidación de relave por peso propio

Profundidad [m] Cp γS e Desde Hasta [%] [ton/m3] [%]

0,0 - 0,5 77,7 1,588 0,834

0,5 - 1,0 79,5 1,660 0,753

1,0 - 1,5 80,2 1,692 0,720

1,5 - 2,0 80,6 1,711 0,701

2,0 - 3,0 81,1 1,733 0,679

3,0 - 5,0 81,7 1,762 0,651

5,0 - 10,0 82,6 1,802 0,615

10,0 - 15,0 83,3 1,838 0,584

15,0 - 20,0 83,8 1,862 0,563

20,0 - 25,0 84,2 1,880 0,548

25,0 - 30,0 84,5 1,895 0,536

30,0 - 35,0 84,7 1,907 0,526

7


35,0 - 40,0 84,9 1,918 0,517

40,0 - 45,0 85,1 1,927 0,510

45,0 - 50,0 85,3 1,936 0,503

0

10

20

30

40

50

60

1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0

Pro

fund

ida

d [m

]Densidad Seca [ton/m3]

Figura 2 Profundidad v/s Densidad seca

8


0

10

20

30

40

50

60

75 77 79 81 83 85 87

Pro

fund

ida

d [m

]

Concentración de Sólidos [%]

Figura 3 Profundidad v/s Concentración de sólidos

4.2. Permeabilidad

A medida que se consolidan los relaves, tanto con la contracción por secamiento natural como por peso propio, las partículas se acomodan de manera óptima y disminuye la permeabilidad del material comparativamente a si este, está depositado sin consolidación.

Para medir la permeabilidad del relave consolidado, entre cada incremento de carga realizado en el ensayo de consolidación se realiza una medición de permeabilidad y se obtiene la variación de este parámetro con la profundidad.

9


0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1,0E-06 1,0E-05 1,0E-04 1,0E-03

Pro

fun

did

ad

[m

]

Permeabilidad k [cm/seg]

Figura 4 Profundidad v/s Permeabilidad

5. ENSAYOS REOLÓGICOS

5.1. Metodología

Las muestras recibidas son concentradas, eliminando el agua residual a través de la decantación, en algunos casos se utiliza el filtrado de una porción del relave para incrementar aún más la concentración de sólidos.

En este informe se presentan ensayos realizados al relave floculado cizallado y al relave sin flocular, esto para obtener un rango de valores.

En las muestras floculadas cizalladas al relave de masa conocida se le agrega una cantidad de floculante recomendada por las pruebas de espesamiento (en este caso se utiliza el recomendado por FL Smidth), dejándose madurar por un periodo de al menos 6 horas. Luego el relave floculado es cizallado mecánicamente durante 2 minutos para luego ser ensayado reológicamente.

En los ensayos no floculados, la muestra es solamente concentrada. Para ambos tipos de ensayos, el material concentrado es diluido progresivamente y medido reológicamente en cada dilución.

10


También se ha efectuado una variación de pH a las muestras, ajustando este valor en 1 punto más y 1 menos a su valor nominal, en este caso pH 10,5. Este ajuste se realiza con lechada de cal en caso de necesitar un valor más alto y en caso contrario con acido sulfúrico.

5.2. Ensayos de espesamiento.

El floculante y la dosificación utilizados para el espesamiento, fueron recomendados por el proveedor de equipos FL Smidth y posee las características que se indican en la Tabla 7.

Tabla 7 Condiciones para el espesamiento

Característica Tipo de floculante SNF 103 Dosificación de floculante (g/t) 22 - 24

5.3. Yield stress

El objetivo de este ensayo es determinar la tensión de fluencia asociada a una condición estática de inercia cero del material. Este valor es de gran importancia debido a que caracteriza el comportamiento hidráulico de la pasta depositada y además es muy útil para la correcta interpretación de la pendiente de depositación.

Para la medición de la tensión de fluencia, se utilizó un reómetro marca Haake modelo VT 550 con un sensor FL 10.

Cada medición consiste en tomar una muestra del relave a una concentración de sólidos determinada, la cual se vierte en un vaso de diámetro al menos 3 veces el diámetro del sensor utilizado. Una medición tarda 30 segundos a una velocidad constante de 9 rpm, y ésta se repite dos veces. El resultado final se representa graficando el promedio de las tres mediciones respecto al porcentaje de sólidos en peso de la muestra.

5.3.1. Resultados Yield stress diciembre 2008

A continuación se presentan los resultados de los ensayos de Yield stress correspondientes a las muestras ensayadas en diciembre de 2008.

11


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

55 60 65 70 75

Esf

uerz

o (P

a)

Concentracion de solidos (%)

pH 9,0

pH10,1

ph 12,6

Figura 5 Yield stress relave integral. dic-2008

0

20

40

60

80

100

120

55 60 65 70 75

Esf

uerz

o (P

a)


pH 10,0

pH 12,3

Figura 6 Yield stress relave integral floculado cizallado. dic-2008

12


0

20

40

60

80

100

120

140

60 65 70 75 80

Esf

uerz

o(P

a)

Concentración de sólidos (%)

pH 9,2

pH10,2

pH 12,0

Figura 7 Yield stress relave desmagnetizado. dic-2008

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

60 65 70 75 80

Esf

uerz

o(P

a)


pH 9,1

ph10,2

pH12,0

Figura 8 Yield stress relave desmagnetizado, floculado cizallado. dic-2008

5.3.2. Resultados Yield stress agosto 2009

En la Figura 9 se muestra los resultados obtenidos para una muestra de relave integral a pH 10,5.

13


Figura 9 Yield stress muestra relave integral pH 10,5. ago-2009

14


5.3.3. Resultados Yield stress noviembre 2009

En la Figura 10 y Figura 11 se muestran los resultados obtenidos en las muestras de relave integral y relave desmagnetizado ensayados en noviembre de 2009.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76

Yie

ld s

tre

ss (P

a)


pH 9.5

pH 10.5

pH 11.5

Figura 10 Yield stress relave integral floculado cizallado. nov-2009

0

20

40

60

80

100

120

140

160

58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

Yie

ld s

tre

ss (P

a)


pH 9.5

pH 10.5

pH 11.5

15


Figura 11 Yield stress relave desmagnetizado floculado cizallado. nov-2009

5.4. Pendiente de depositación

La pendiente de depositación medida en laboratorio, se obtiene de un ensayo diseñado por el profesor Eli Robinsky, quien creó el método denominado Thickened Tailings Disposal, TTD. Este método consiste en depositar los relaves en pendiente y capas delgadas, del orden de 2 a 5 cm, asegurando que las características de la pulpa estén en un rango de no segregabilidad. Este procedimiento ha sido calibrado con numerosos ensayos de relaves en distintas minas del mundo, correlacionándose con las pendientes obtenidas a escala industrial.

El resultado del ensayo es una gráfica de pendiente versus porcentaje de sólidos, la cual se puede utilizar para predecir la pendiente de depositación que tendrá el relave descargado de acuerdo al método TTD a una escala industrial. Los resultados obtenidos para ambas muestras son las siguientes.

5.4.1. Resultados de pendiente de depositación diciembre 2008

A continuación se presentan los resultados de los ensayos de pendiente de depositación correspondientes a las muestras ensayadas en diciembre de 2008.

16


0

2

4

6

8

10

12

55 60 65 70 75

Pen

dien

te (

%)


pH 9.2

pH10.1

ph 12.6

Figura 12 Pendiente de depositación relave integral, dic-2008

0

20

40

60

80

100

120

55 60 65 70 75

Esf

uerz

o (P

a)


pH 10,0

pH 12,3

Figura 13 Pendiente de depositación relave integral, floculado cizallado, dic-2008

17


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

60 65 70 75 80

Pen

dien

te (

%)


pH 9.2

ph10.2

pH 12.0

Figura 14 Pendiente de depositación relave desmagnetizado, dic-2008

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

60 65 70 75 80

Pen

dien

te (

%)


pH 9.1

pH10.2

pH 12.0

Figura 15 Pendiente de depositación relave desmagnetizado, floculado cizallado, dic-2008

5.4.2. Resultados de pendiente de depositación agosto 2009

La Figura 16 muestra el comportamiento de la pendiente de depositación en el caso de la muestra ensayada en agosto de 2009 a pH 10,5.

18


0

1

2

3

4

5

6

7

8

65 66 67 68 69 70 71 72

Pen

dien

te (%

)

Concentracion de sólidos (%)

Figura 16 Pendiente de depositación relave integral, pH 10,5, ago-2009

5.4.3. Resultados de pendiente de depositación noviembre 2009

En la Figura 17 y Figura 18 se presentan los resultados obtenidos en las muestras de relave integral y relave desmagnetizado ensayados en noviembre de 2009.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76

Pen

dien

te d

e de

posi

taci

ón (%

)


pH 9.5

pH 10.5

pH 11.5

Figura 17 Pendiente de depositación relave integral nov-2009

19


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

62 63 64 65 66 67 68 69 70

Pen

die

nte

de

depo

sita

ció

n (%

)


pH 9.5

pH 10.5

pH 11.5

Figura 18 Pendiente de depositación relave desmagnetizado nov-2009

5.5. Viscosidad

A diferencia del ensayo de Yield Stress estático descrito anteriormente, este ensayo entrega valores de esfuerzos de corte asociados a una condición dinámica del material, y si se aplica un modelo de comportamiento como el descrito por Bingham o por Herschel-Bulkey podemos encontrar el valor del Yield Stress y la viscosidad asociado al material en cuestión.

El modelo utilizado corresponde a Bingham, asumiendo que el fluido es del tipo visco-plástico. Entonces, la pendiente de la zona recta corresponde a la viscosidad y la extrapolación al eje Y, corresponde al Yield stress de Bingham.

τ=τ0+ηγ Modelo de Bingham

Donde:

η, es la viscosidad

τ, el esfuerzo de corte

τ0, corresponde al Yield Stress y

γ, la velocidad de cizalle

20


Los ensayos se realizaron con el mismo viscosímetro con que se realizaron los ensayos de Yield Stress, instalando un sensor tipo MV 2P. Para cada muestra medida se realizaron 2 reogramas cuyos resultados son promediados para así eliminar errores de medición.

5.5.1. Reogramas diciembre 2008

Desde la Figura 19 a la Figura 23 se muestran los reogramas característicos para las muestras integral y desmagnetizada ensayadas en diciembre de 2008.

21


y = 0,0782x + 64,463

y = 0,0746x + 71,916

y = 0,0527x + 45,355

y = 0,0479x + 29,34

y = 0,041x + 18,702

y = 0,0247x + 16,876

y = 0,019x + 13,283

0

20

40

60

80

100

120

140

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Esf

uerz

o (P

a)

Velocidad de cizalle (s-1)

Cp 73,6 Cp 72,0 Cp 70,5 Cp 68,8 Cp 67,1

Cp 65,5 Cp 64,1 Lineal (Cp 73,6) Lineal (Cp 72,0) Lineal (Cp 70,5)

Lineal (Cp 68,8) Lineal (Cp 67,1) Lineal (Cp 65,5) Lineal (Cp 64,1)

Figura 19 Reograma relave integral pH 9,1, dic-2008

y = 0,0506x + 62,108

y = 0,0374x + 47,783

y = 0,0351x + 35,931

y = 0,0266x + 25,948

y = 0,0207x + 19,858

y = 0,018x + 10,358

0

20

40

60

80

100

120

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Esf

uerz

o (P

a)


Cp 70,3 Cp 68,8 Cp 67,3 Cp 65,3

Cp 63,7 Cp 61,8 Lineal (Cp 70,3) Lineal (Cp 68,8)



22


y = 0,0603x + 79,144

y = 0,0368x + 56,345

y = 0,0278x + 43,295

y = 0,0214x + 28,096

y = 0,0183x + 20,485

y = 0,0158x + 15,939

y = 0,0101x + 13,0250

20

40

60

80

100

120

140

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Esf

uerz

o (P

a)

Velocidad de cizalle (s-1)Cp 70,0 Cp 68,7 Cp 67,4 Cp 64,4 Cp 62,8

Cp 60,5 Cp 58,3 Cp 67,4 Lineal (Cp 70,0) Lineal (Cp 68,7)



y = 0,0877x + 83,622

y = 0,0728x + 44,102

y = 0,0429x + 26,695

y = 0,0414x + 13,797

y = 0,0354x + 8,4307

0

20

40

60

80

100

120

140

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Esf

uerz

o (P

a)


Cp 72,8 Cp 70,9 Cp 68,9 Cp 66,7 Cp 64,2

Lineal (Cp 72,8) Lineal (Cp 70,9) Lineal (Cp 68,9) Lineal (Cp 66,7) Lineal (Cp 64,2)

Figura 22 Reograma relave integral pH 10,0 floculado cizallado, dic-2008

23


y = 0,0915x + 95,758

y = 0,0593x + 56,038

y = 0,0502x + 34,545

y = 0,0319x + 26,636

y = 0,0254x + 20,024

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Esf

uerz

o (P

a)

Velocidad de cizalle (1/s)Cp 71,1 Cp 69,0 Cp 66,7 Cp 65,1

Cp 63,2 Cp 69,0 Lineal (Cp 71,1) Lineal (Cp 69,0)Lineal (Cp 66,7) Lineal (Cp 65,1) Lineal (Cp 63,2) Lineal (Cp 60,4)

Figura 23 Reograma relave integral pH 12,3 floculado cizallado, dic-2008

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,1

55 60 65 70 75

Vis

cosi

dad


pH 9.2

pH10.1

pH 12.6

floculada pH 10.0

floculada pH 12.3

Figura 24 Viscosidad vs concentración de sólidos, dic-2008

24


0

20

40

60

80

100

120

55 60 65 70 75

Esf

uerz

o (P

a)


pH 9.2

pH 10.1

pH 12.6

floculado pH 10.0

floculado pH 12.3

Figura 25 Yield stress de Bingham vs concentración de sólidos, dic-2008

y = 0,1156x + 47,812

y = 0,0712x + 22,445

y = 0,0509x + 16,775

y = 0,0326x + 12,288

0

20

40

60

80

100

120

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Esf

uerz

o (P

a)


Cp 73,4 Cp 71,0 Cp 69,2 Cp 67,2


Figura 26 Reograma relave desmagnetizado pH 9,1, dic-2008

25


y = 0,111x + 54,785

y = 0,064x + 39,142

y = 0,0595x + 21,499

y = 0,0439x + 14,383

y = 0,0412x + 6,1108

0

20

40

60

80

100

120

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Esf

uerz

o (P

a)


Cp 74,5 Cp 72,4 Cp 70,0 Cp 68,1 Cp 65,2



y = 0,1072x + 78,951

y = 0,053x + 42,458

y = 0,048x + 28,679

y = 0,0364x + 19,357

y = 0,0291x + 11,217

0

20

40

60

80

100

120

140

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Esf

uerz

o (P

a)


Cp 73,2 Cp 71,3 Cp 69,3 Cp 67,0 Cp 64,4



26


y = 0,16x + 79,222

y = 0,0893x + 45,441

y = 0,0696x + 30,759

y = 0,0501x + 15,46

y = 0,0344x + 7,9266

y = 0,0581x + 20,761

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Esf

uerz

o (P

a)

Velocidad de cizalle (s-1)Cp 74,8 Cp 73,2 Cp 61,7 Cp 70,1

Cp 65,9 65,9% Lineal (Cp 74,8) Lineal (Cp 73,2)


Figura 29 Reograma relave desmagnetizado pH 9,1 floculado cizallado, dic-2008

Figura 30 Reograma relave desmagnetizado pH 10,0 floculado cizallado, dic-2008

27


y = 0,0546x + 47,886

y = 0,0313x + 27,602

y = 0,0282x + 19,624

y = 0,0199x + 17,1

y = 0,0184x + 11,379

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400 500

Esf

uerz

o (P

a)


Cp 64,4 Lineal (Cp 73,2) Lineal (Cp 71,3) Lineal (Cp 69,3)

Lineal (Cp 67,0) Lineal (Cp 64,4)

Figura 31 Reograma relave desmagnetizado pH 12,0 floculado cizallado, diciembre 2008

La Figura 32 y Figura 33 muestra los resultados del modelo de Bingham tanto para el Yield stress como para la viscosidad.

28


0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

60 65 70 75 80

Vis

cosi

dad


pH 9,2

pH 10,2

pH 12,0

pH 9,1 floculado

pH 10,0 floculado

pH 12,0 floculado

Figura 32 Viscosidad muestra relave desmagnetizado, dic-2008

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

60 65 70 75 80

Esf

uerz

o (P

a)


pH 9,2

ph10,2

ph 12,0

ph 9,1 floculado

pH 10,0 floculado

pH 12,0 floculado

Figura 33 Yield stress de Bingham muestra relave desmagnetizado, dic-2008

5.5.2. Reograma agosto 2009

A continuación se muestra el Reograma para la muestra ensayada en agosto de 2009.

29


y = 0,1143x + 61,669

y = 0,082x + 54,628

y = 0,0591x + 31,301

y = 0,0489x + 22,352

y = 0,0376x + 17,244

0

20

40

60

80

100

120

0 100 200 300 400 500

Esf

uerz

o (P

a)


Cp 65,9 Lineal (Cp 72,7) Lineal (Cp 71,3) Lineal (Cp 69,6)


Figura 34 Reograma relave integral pH 10,5 ago-009

La Figura 35 y Figura 36 muestra los resultados del modelo de Bingham tanto para el Yield stress como para la viscosidad.

30


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

64 66 68 70 72 74 76

Yie

ld s

tres

s de

Bin

gham

(P

a)


Figura 35 Yield stress de Bingham relave integral pH 10,5 ago-2009

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

64 66 68 70 72 74

Vis

cosi

dad

(Pa

s)


Figura 36 Viscosidad relave integral pH 10,5 ago-2009

5.5.3. Reogramas noviembre 2009

A continuación se presentan los resultados de los reogramas realizados en el periodo de noviembre de 2009.

31


y = 0,1773x + 74,308

y = 0,1106x + 39,775

y = 0,0717x + 25,944

y = 0,0567x + 15,145

y = 0,0356x + 11,099

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Esf

uerz

o (P

a)


Cp 74,9 Cp 73,0 Cp 70,9 Cp 69,1 Cp 66,8


Figura 37 Reograma relave Integral pH 9,5, floculado cizallado nov-2009

y = 0,1353x + 87,218

y = 0,0942x + 42,945

y = 0,0641x + 28,638

y = 0,0543x + 17,253

y = 0,0468x + 8,8817

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Esf

uerz

o (P

a)


Cp 74,4 Cp 72,2 Cp 70,8 Cp 68,8 Cp 66,4



32


y = 0,0837x + 58,56

y = 0,0534x + 35,417

y = 0,0433x + 28,531

y = 0,0388x + 17,794

y = 0,02x + 9,6448

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Esf

uerz

o (P

a)


Cp 67,7 Cp 65,3 Lineal (Cp 72,4) Lineal (Cp 70,8)

Lineal (Cp 69,3) Lineal (Cp 67,7) Lineal (Cp 65,3)


La Figura 40 y Figura 41 muestran los resultados del modelo de Bingham tanto para el Yield stress como para la viscosidad para la muestra de relave Integral.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76

Yie

ld s

tres

s de

bin

gha

m (P

a)


pH 9.5

pH 10.5

pH 11.5

Figura 40 Yield stress de Bingham relave integral, nov-2009

33


0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76

Vis

cosi

dad

(Pa

s)


pH 9.5

pH 10.5

pH 11.5

Figura 41 Viscosidad relave integral, nov-2009

y = 0,1031x + 80,256

y = 0,0734x + 48,268

y = 0,0529x + 33,984

y = 0,0402x + 23,923

y = 0,034x + 15,031

0

20

40

60

80

100

120

140

0 100 200 300 400 500

Esf

uerz

o (P

a)

Velocidad de cizalle (s-1)Cp70,5 Cp 69,0 Cp 67,5 Cp 65,9

Cp 63,4 Lineal (Cp70,5) Lineal (Cp 69,0) Lineal (Cp 67,5)


Figura 42 Reograma relave desmagnetizado pH 9,5, floculado cizallado nov-2009

34


y = 0,092x + 91,19

y = 0,0763x + 53,859

y = 0,0571x + 39,388

y = 0,0426x + 30,3

y = 0,0418x + 18,853

y = 0,0297x + 14,759

0

20

40

60

80

100

120

140

0 100 200 300 400 500

Esf

uerz

o (P

a)


Cp 66,3 Cp 64,7 Cp 62,8 Lineal (Cp 70,6)


Figura 43 Reograma relave desmagnetizado pH 10,5, floculado cizallado nov-2009

y = 0,1203x + 117,34

y = 0,0819x + 66,814

y = 0,0567x + 57,88

y = 0,0434x + 39,127

y = 0,0335x + 26,065

y = 0,0282x + 17,96

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 100 200 300 400 500

Esf

uerz

o (P

a)


Cp 66,6 Cp 64,9 Cp 62,6 Lineal (Cp 71,1)


Figura 44 Reograma relave Desmagnetizado pH 11,5, floculado cizallado noviembre 2009

35


La Figura 45 y Figura 46 muestran los resultados del modelo de Bingham tanto para el Yield stress como para la viscosidad para la muestra de relave desmagnetizado.

0

20

40

60

80

100

120

140

62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72

Yie

ld s

tres

s de

bin

gha

m (P

a)


pH 9.5

pH 10.5

pH 11.5

Figura 45 Yield stress de Bingham relave desmagnetizado noviembre 2009

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72

Vis

cosi

dad

(Pa

s)


pH 9.5

pH 10.5

pH 11.5

Figura 46 Viscosidad relave desmagnetizado noviembre 2009

36


6. ANÁLISIS DE RESULTADOS

6.1. Granulometría

Se observa diferencia en las granulometrías en las distintas muestras, la Figura 1 muestra que existen dos granulometrías características.

Se observa también, que las granulometrías inciden directamente en el comportamiento reológico, observándose una aceptable correlación en las muestras de granulometrías similares.

6.2. Pendiente de depositación

Para las distintas muestras ensayadas para una pendiente de 5 a 6% se observan variaciones entre 68 y 74% en la concentración de sólidos Cp.

Se observa una relación inversa entre la acidez del relave y la pendiente de depositación.

6.3. Esfuerzo de corte (Yield stress)

En el mismo rango anterior de concentraciones, se observa que el esfuerzo de corte se encuentra en el rango 15 a 120 Pa. La relación entre acidez y el esfuerzo de corte es inversa y no se observa una dependencia notable del tipo de relave.

En el caso del esfuerzo de corte determinado mediante el procedimiento de Bingham, se observa que éste se ubica en el rango comprendido entre 15 y 95,7 Pa, con relación inversa entre la acidez y la variable, lo que se hace claramente notable en el relave desmagnetizado.

6.4. Viscosidad

En el rango de concentraciones que se ha definido, la viscosidad varía en el rango comprendido entre 0,015 y 0,16 Pa s.

Para el relave integral, la acidez incide directamente en el comportamiento de la viscosidad, ya que las muestras de pH más alto poseen mayores valores de viscosidad, no así la muestra desmagnetizada que por los resultados se aprecia que el pH no tiene mayor incidencia en el comportamiento.

37


7. COMPARACIÓN DE RESULTADOS

A continuación se presenta una comparación de los ensayos realizados para la INGENIERÍA CONCEPTUAL DEPÓSITO DE RELAVES EN PASTA SECTOR N°5 en el año 2008 y los resultados obtenidos de los ensayos para el proyecto actual, a pH 10,5.

Tabla 8 Comparación de granulometrías relave integral

Sep-08 Dic-08 Ago-09 Nov-09 Tamaño Pasante Pasante Pasante Pasante

Malla ASTM

µm % % % % #10 2000 100 100 100 100 #40 420 99 99 99 97 #60 250 95 94 92 89 #100 150 - - - 75 #140 105 73 74 66 64 #200 74 66 66 57 54 #270 53 58 58 49 46 #400 38 51 51 43 43 #500 25 47 45 35 36

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000 10000

Ma

teria

l pa

sant

e (%

)


Sep-08

Dic-08

Ago-09

Nov-09

Figura 47 Granulometrías relave integral, ensayos 2008 y 2009

38


Tabla 9 Comparación de granulometrías relave desmagnetizado

Sep-08 Dic-08 Nov-09 Tamaño Pasante Pasante Pasante Malla

ASTM µm % % % #10 2000 100 100 100 #40 420 100 99 99 #60 250 95 93 96 #100 150 - - 85 #140 105 72 63 75 #200 74 62 54 65 #270 53 53 47 57 #400 38 45 41 53 #500 25 31 35 46

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000 10000

Ma

teria

l pa

sant

e (%

)


Sep-08

Dic-08

Nov-09

Figura 48 Granulometrías relave desmagnetizado, ensayos 2008 y 2009

39


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

60 62 64 66 68 70 72 74 76

Yie

ld s

tre

ss (P

a)


Integral pH 10,5 sep 2008

Integral pH 10,0 dic 2008

Integral pH 10,5 ago 2009

Integral pH 10,5 nov 2009

Figura 49 Comparación de Yield stress, relave integral pH 10,5

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80

Yie

ld s

tre

ss (P

a)


Desmagnetizado pH 10,2 sep 2008

Desmagnetizado pH 10,2 dic 2008

Desmagnetizado pH 10,5 nov 2009

Figura 50 Comparación de Yield stress, relave desmagnetizado pH 10,5

40


0

2

4

6

8

10

12

60 62 64 66 68 70 72 74 76

Pe

ndie

nte

de

de

posi

taci

ón

(%)


Integral pH 10,5 sep 2008

Integral pH 10,0 dic 2008

Integral pH 10,5 ago 2009

Integral pH 10,5 nov 2009

Figura 51 Comparación de pendiente de depositación, relave integral pH 10,5

0

2

4

6

8

10

12

14

60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80

Pe

ndie

nte

de

de

posi

taci

ón

(%)


Desmagnetizado pH 10,2 sep 2008

Desmagnetizado pH 10,2 dic 2008

Desmagnetizado pH 10,5 nov 2009

Figura 52 Comparación de pendiente de depositación, relave desmagnetizado pH 10,5

41


8. CONCLUSIONES

Tras la aplicación de los ensayos descritos en el informe, se ha logrado determinar los rangos en los cuales se encontrarán las principales características reológicas y geotécnicas de los relaves.

La Tabla 10 indica los valores característicos con que se recomienda realizar el diseño del sistema de transporte y del depósito de relaves espesados. Estos valores están en base a una concentración de relaves, suficiente para conseguir una pendiente de depositación de 6% y han sido determinados a partir de las curvas mostradas en el documento.

Debido a la dispersión de resultados obtenidos a lo largo del tiempo SNC-Lavalin/VST Ingenieros ha decidido tomar como parámetros de diseño los últimos ensayos realizados y así unificar y correlacionar los resultados obtenidos por las empresas proveedoras de espesadores con los obtenidos por SNC-Lavalin/VST Ingenieros, ya que todos usaron la misma muestra para realizar los respectivos ensayos.

Tabla 10 Resumen de valores característicos para pendiente de 5 a 6%.

Parámetro Relave integral Desmagnetizado Concentración de sólidos en peso Cp (%) 70-71 67-68 Yield stress (Pa) 25-35 30-40 Yield stress de Bingham (Pa) 25-32 35-44 Viscosidad de Bingham (Pa s) 0,070-0,080 0,054-0,062 pH 10,5 10,5 Densidad seca 1,87 1,76

Se debe señalar que los parámetros informados para el relave integral en la Tabla 10, corresponden a una pendiente de 5%, lo cual no influye en el proyecto ya que esta condición será eventual y no representa la operación normal proyectada para el depósito.

Anexo_1.1.4d-Estudios_Reologia

Documents

Transcript of Anexo_1.1.4d-Estudios_Reologia