Evaluación experimental del transporte e infiltración de concentrado de cobre sobre un lecho mixto de gravas y arenas

Abstract

En Chile la extracción, refinación y venta de cobre es una de las principales actividades económicas del país y su industria está localizada principalmente en toda la zona centro-norte del país. Además, las grandes faenas suelen ubicarse en territorios cercanos a la cordillera y estas deben llevar su producción a los puertos para ser exportados, por lo que una forma usual de transporte del cobre, es en su fase líquida, como concentrado de cobre, a través de concentraductos, que pueden extenderse por cientos de kilómetros. Estos concentraductos a menudo presentan fugas que producen la contaminación de suelos y cauces. Si los derrames ocurren en cauces, son situaciones graves ya que extienden rápidamente la contaminación hacia canales de sistemas de regadío, captaciones de agua potable y turbinas generadoras de hidroelectricidad. Por otro lado parte del derrame se deposita en lechos de ríos, que luego de crecidas de periodos de deshielo o grandes tormentas, pueden resuspender y movilizar el concentrado de cobre depositado en algún derrame previo. El trabajo consiste en estudiar la simulación de un derrame de concentrado de cobre en un río de montaña, en cuanto al trasporte, depositación y estratigrafía del lecho. Para esto se cuenta con un canal el cual es implementado con un lecho de grava, instrumentos de medición de la velocidad del flujo, cámaras y estanque dosificador para el concentrado de cobre, entre otros. El objetivo es poder cuantificar la evolución de la estratigrafía del lecho de grava debido al trasporte y/o depositación de concentrado de cobre. Para esto se cuantifica los fenómenos de trasporte hidráulico de sólidos presentes en el problema, adaptando el canal del laboratorio Francisco Javier Domínguez con un lecho mixto de grava y arena, e implementando instrumentos de medición de velocidad (Particule Image Velocimetry PIV) para así estimar esfuerzos de corte actuando en el lecho, y poder relacionarlo con la suspensión e infiltración del concentrado de cobre derramado. Como resultado se obtiene que la forma dominante de transporte (a lo largo del canal utilizado) de concentrado de cobre es mediante la suspensión (63%) debido a su granulometría fina (D_50=22.4μm). Los fenómenos advectivos y turbulentos no permiten la depositación total del concetrado que viaja en suspensión a pesar de su alto peso específico (4,2 ton/m^3), el mayor porcentaje de concentrado de cobre que sedimenta en el lecho lo hace muy cerca de la zona de derrame por lo que el momentum del derrame es importante ya que incide en los porcentajes suspensión/depositación. Toda partícula de concentrado de cobre que logre llegar al lecho no logrará un transporte por arrastre ni saltación y la única forma de que este se movilice con el flujo, es debido a socavaciones de lecho. Finalmente la infiltración del concentrado de cobre está afectada, por lo caudales que escurren y por la granulometría presente en el lecho obteniendo relaciones en las cuales mayores caudales implican mayores infiltraciones, mientras que granulometrías más gruesas permiten mayor infiltración del concentrado de cobre en el lecho.