Efecto del tiempo de detención en la seguridad operacional en concentraductos: hacia la determinación de un tiempo máximo

Abstract

El transporte hidráulico de sólidos es una tecnología profusamente usada en la industria minera, tanto en el proceso de transporte interior de la planta concentradora como desde ésta hasta la planta de filtros, en el puerto de embarque del concentrado, o hasta el depósito de relaves. El proceso de transporte no está exento de riesgos, particularmente en los sistemas de transporte presurizado de pulpas de minerales. Al ser una suspensión acuosa de sólidos (más de una fase), están sujetos a un proceso de segregación. Esto ocurre en el evento de bajas velocidades y especialmente ante detenciones programadas y no programadas del sistema. Aparece un cuestionamiento importante ante el requerimiento de proceder a una detención. Si bien una condición segura es detener el sistema sólo después de la descarga del mineral en curso y reemplazo con agua en el ducto, ésta tiene asociado un alto costo operacional, por el alto valor y escasez del agua, la energía asociada a la recirculación de esta agua y del tiempo de rellenar el sistema con pulpa. El criterio normalmente usado para una detención de una línea de transportes de concentrado es empaquetarlo con pulpa. La pregunta que se hace el operador es cuál es un tiempo seguro, sin riesgo de embanque y eventuales roturas de la línea, con las consecuencias de daño a las instalaciones y al entorno en general. En efecto, en una detención de un sistema de transporte de pulpa se producen acumulaciones de sólidos en los puntos bajos por migración gravitatoria, tanto axial como radial. Este fenómeno provoca un aumento de la densidad y alto grado de compactación en los puntos bajos y, en consecuencia, un aumento significativo de la resistencia que ofrece la masa sedimentada a ser resuspendida y dispersada, pudiendo llegar a niveles que impidan remover la pulpa sin sobrepasar las presiones de diseño, durante el re-arranque. Los diseños de los sistemas de transporte de pulpa procuran un trazado limitando las pendientes a valores máximos cercanos al 15%, principalmente para evitar el fenómeno de acumulación de sólidos durante una detención. Los diseños también limitan algunas características de las pulpas, imponiendo valores máximos de concentración de alimentación, porcentaje de partículas gruesas, viscosidad de la pulpa y tensión de fluencia, evitando condiciones de sobrepresión tanto en régimen estacionario como en régimen transiente, incluyendo los mencionados re-arranques luego de un periodo de detención con pulpa. La experiencia de la industria de la minería muestra que, luego de un periodo de detención con pulpa, se produce un aumento de las concentraciones en los puntos bajos y, consecuentemente, una disminución de ésta en los puntos altos. También se observa que el registro de densidad tiene directa relación con el perfil longitudinal del trazado de la línea de transporte, identificándose los cambios de densidad de la pulpa a dicho trazado, comprobando que la pulpa se traslada con densidad variable y bien correlacionada con el perfil. Las pulpas minerales transportadas hidráulicamente a largas distancias, por sus atractivos indicadores económicos, son principalmente los concentrados de hierro y de cobre y los relaves de cobre. En el presente trabajo se establece un modelo para relacionar algunos parámetros geométricos de la línea de transporte con las características de la pulpa y los patrones de acumulación de sólidos en los puntos bajos, para concentraductos de hierro. Se utilizan registros operacionales obtenidos durante la fase de Puesta en Marcha, Ramp Up y operaciones de concentraductos de hierro actualmente en operación. El análisis efectuado muestra un predictor para determinar el tiempo máximo de parada segura con pulpa, en función de las diferentes variables, considerando que las concentraciones medidas en el DIT, ubicado al final de la conducción, no registre una variación superior al 20% de la concentración media y que, con un adecuado grado de seguridad, no se acerquen a la concentración denominada como empaquetamiento o consolidada. Las conclusiones a que arriba el presente trabajo de tesis, son las siguientes: Se producen aumentos locales de la concentración de la pulpa en los puntos bajos, luego de una detención en el transporte hidráulico y estos aumentos son sensibles a la masa de sólidos que se transporta por gravedad hacia estos puntos. La masa de sólidos que se transporta a los puntos bajos es a su vez dependiente del tiempo de duración de la detención y de la velocidad de sedimentación, que a su vez es dependiente de las características de la pulpa y de la geometría, especialmente las pendientes que propician la convergencia de sólidos en estos puntos bajos. Se establece un modelo que predice el aumento de la concentración en los puntos bajos (Cp), sobre la base de registros de detenciones en concentraductos de hierro. Efectuado un análisis de sensibilidad a las distintas variables que influyen en la determinación del tiempo máximo de detención, se concluye que las variables más influyentes, entre las que se pudo analizar por disponibilidad de datos, son la concentración de la pulpa y las pendientes convergentes a los puntos bajos. Otras variables que teóricamente deben influir, tanto en masa de sólidos que se desplaza hacia un punto bajo como al tiempo de detención máximo asociado, son el tamaño característico de partículas viscosidad de la pulpa, la densidad del sólido (s) y el diámetro de la conducción (D).