Fluidodinámica en cajones de distribución de relaves para altas concentraciones: efectos en segregación, sedimentación y erosión

Abstract

En Chile, la mayor parte de la minería del cobre se desarrolla en el norte del país, zona que se caracteriza por ser árida y seca. Gran porcentaje del agua utilizada en los procesos mineros se encuentra en los desechos de la minería conocidos como relaves, estos desechos son altamente contaminantes los cuales son manejados a través de redes de canales o tuberías hacia depósitos o tranques. Dentro de la conducción del relave existe un componente muy importante, el cual permite distribuir un flujo principal en varios subflujos. Este componente es un cajón, el que debe ser capaz de distribuir el relave equitativamente sin obstruirse en alguna línea de descarga y capaz de resistir las características abrasivas del relave. Es por esto último, que en esta memoria se estudiará el comportamiento y los efectos del relave a diferentes concentraciones en peso al interior del cajón. El objetivo de este trabajo es estudiar el comportamiento de los relaves en el interior del cajón para diferentes concentraciones en peso mediante un software CFD. En primer lugar, se dimensiona un cajón imponiendo condiciones de operación base utilizando criterios hidráulicos. Posterior a esto, se realiza la geometría en un software CAD la que luego es importada al software Ansys Fluent. En este último, se setean los parámetros de operación para realizar una simulación con una concentración del 30 % en peso. Ya obtenida la simulación, se extraen resultados generales con un análisis parcial para determinar si el diseño del cajón es correcto, y en caso de que no sea, se rediseña y se vuelve a repetir los pasos anteriores. Ya obtenido el diseño del cajón a estudiar, se realizan simulaciones para concentraciones del 40 %, 50 %, 60 % y 70 % en peso con un caudal másico fijo y caudal másico por caso. Posterior a la realización de las simulaciones, se inyecta un caudal de partículas lo cual permite el estudio de la erosión y las trayectorias en el cajón. Las simulaciones indican que los caudales se distribuyen en porcentajes similares entre las tres descargas para todas las concentraciones en peso. En tanto el estudio de sedimentación entrega que en el canal de entrada no existe riesgo de sedimentación, para el interior del cajón aumenta la presencia de zonas de sedimentación al aumentar la concentración en peso, y para las tuberías de descarga en todos los casos existe riesgo de sedimentación. Respecto a las tasas de erosión, en general disminuyen a medida que aumenta la concentración en peso para la zonas de la base de recepción y la zona de descarga, a excepción de las paredes de recepción en donde las tasas aumentan acorde aumenta la concentración. Finalmente, el diseño del cajón es un factor relevante para el desempeño de este, por lo que determinar un diseño innovador y eficiente es un desafío para la ingeniería y la minería.