Estudio de la fluidodinámica de relaves de diferentes concentraciones en cajones de distribución

Abstract

En Chile la forma más utilizada de transporte de relaves en la minería del cobre es mediante tuberías o canaletas abiertas, aprovechando la topografía del lugar. Se cuenta también con cajones de distribución los que además de ayudar a disipar energía permiten distribuir el relave a distintas zonas, según los requerimientos del proceso. Con la escasez de agua en el norte del país la tendencia es a utilizar relaves de mayor concentración de sólidos, realizar esto podría producir problemas de desgaste y sedimentación, por lo que en esta memoria se estudiará como afecta el cambio de la concentración de sólidos en un cajón de distribución. El objetivo general de este trabajo es estudiar el comportamiento fluidodinámico de relaves de diferentes concentraciones en un cajón de distribución mediante un software CFD. Para cumplir el objetivo general, en primer lugar se dimensiona un cajón de manera analítica, como se haría en una empresa de ingeniería. Luego de esto, se modela la geometría utilizando el software Solid Edge, para posteriormente realizar una simulación del relave en el software Ansys Fluent. La simulación se realiza utilizando un modelo multifasico con dos fases continuas (agua y relave) sin partículas, donde la fase correspondiente al relave presenta una viscosidad y densidad como si tuviese una concentración de 45% de sólidos en peso (concentración utilizada para dimensionar el cajón). Contando ya con una solución coherente y habiendo hecho los cambios a la geometría necesarios para ello, se realizan simulaciones para concentraciones de sólidos de 35, 55 y 65% (en peso), manteniendo el caudal de sólidos fijo. Finalmente, utilizando un modelo de fase discreta, se inyecta un caudal de partículas a las soluciones generadas, lo que permite analizar las trayectorias de las partículas y la erosión que provocan. A través de los resultados obtenidos se observó que el cajón presenta un gran porcentaje de partículas con trayectoria incompleta, el cual aumenta con el incremento de la concentración. Se observó que para altas concentraciones se produce distribución dispar de caudales en las salidas. En cuanto al desgaste, se pudo ver que para bajas concentraciones la tasa de erosión es mayor en la base del cajón, mientras que para altas concentraciones la tasa de erosión es mayor en las paredes de la zona de recepción de relaves del cajón. En cuanto a la sedimentación, esta se incrementa en las descarga, pero disminuye en la zona de recepción con el incremento de Cp, mientras que para la entrada los efectos son menos desfavorables a Cp bajos, a pesar de que la zona de sedimentación incremente en esos Cp. A través de este estudio se concluye que la geometría del cajón, en sí, no es buena, por lo que se sugieren algunas modificaciones a esta.