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Diplomado en Fluidodinámica Aplicada a la Minería 2013JRCap
TAREA No4MÓDULO IV
Fernando Tapia [email protected]
23 de septiembre de 2013
Pregunta No 1Una planta concentradora procesa actualmente 100.000 t/d de mineral, con una razón relave/mineral
de 98%. Se desea aumentar su tratamiento a 120.000 t/d, por lo cual se requiere:
a) Verificar la capacidad del espesador de concentrado.
b) Verificar la capacidad de filtrado, ¿es necesario instalar un filtro adicional?
c) Realizar el balance de masa según Tabla adjunta.
Tabla 1: Datos Problema No1
Datos Unidad Valor
BALANCE
Tratamiento Nominal Planta Concentradora t/d 120000
Razón Relave/Mineral 98%
Factor de Diseño 20%
Utilización Espesamiento 98%
Continúa en la página siguiente.
1
Tabla 1 – De la página anterior.
Datos Unidad Valor
Utilización Filtrado 80%
Horas/Día 24
Densidad Sólido t/m3 4.2
Densidad del Líquido t/m3 1
Concentración de Sólidos
Alimentación Espesador 30%
Descarga Espesador 60%
Producto Filtrado 90%
ESPESAMIENTO
Velocidad de Sedimentación m/h 0.2
No Espesadores de Concentrado 1
Diámetro Espesador de Concentrado m 40
Considerar rebose de espesador son sólidos en suspensión
FILTRADO
No de Filtros existentes 3
Tipo de Filtro Placas Horizontales
No de placas por Filtro Existente 18
Área de Filtrado Total por Filtro m2 108
Ciclo de Filtrado
Alimenttación min 1.5
Primer Prensado min 1
Lavado de Concentrado min 1.5
Segundo Prensado min 1
Soplado min 2
Descarga de Queque min 2
Lavado de Telas min 1
Factor de volumen útil placas 0.85
Espesor de queque mm 60
Humedad de queque 10%
Densidad de queque t/m3 3.1
2
Figura 1: Diagrama de procesos Pregunta No1.
RespuestaNomenclatura
ρl Densidad del líquido [t/m3].
A Área espesador [m2].
AFD Área de filtrado disponible [m2].
AQP Área de queque por placa [m2].
Au Área unitaria [m/t/h].
Cp Concentración en peso.
D Diámetro espesador [m2].
DQ Densidad del queue [t/m3].
F Capacidad disponible espesador [tph].
3
F* Capacidad nominal del espesador [t/d].
FD Factor de diseño.
FE Flujo alimentación espesador [tph].
NF Número de filtros.
PR Número de placas requeridas.
QH Tonelaje del queque húmedo [t].
RRM Razón relave/mineral.
TD Tonelaje de diseño [tms/hr].
TDC Tonelaje de diseño por ciclo[tms/ciclo].
TN Tratamiento nominal [tph].
TNPC Tratamiento nominal planta concentradora [t/d].
UE Utilización espesamiento.
UF Utilización filtro.
V Velocidad de decantación [m/h].
VQP Volúmen de queque por placa [m3].
VQR Volumen queque requerido [m3].
Capacidad del espesador de concentrado
Para determinar si el espesador tiene capacidad disponible para procesar el caudal de concen-
trado que recibe, se evalúa la Ecuación (1).
F =A
Au(1)
F =π·D2
4
1ρl·V
(1
Cpa− 1
Cpd
)F =
π·4024
11·0,2
(10,3 −
10,6
)F = 150,80 [t/h] (2)
4
Luego, la capacidad nominal del espesador está dada por la Ecuación (3).
F ∗ =F
UE=
150,80
0,98(3)
=⇒ F ∗ = 153,87 [t/h] (4)
Por otro lado, la cantidad de concentrado que alimenta al espesador, está dada por la siguiente
expresión:
FE =TNPC · (1−RRM)
UE
⇐⇒ FE =120000 · (1− 0,98)
24 · 0,98=⇒ FE = 102,04 [tph] (5)
Dado que FE < F ∗, se concluye que el espesador tiene capacidad disponible para procesar
todo el material del proceso.
Capacidad de filtrado
Lo primero, es calcular el tonelaje de diseño a filtrar:
TD =TN · FDUF
⇐⇒ TD =TNPC·(1−RRM)
UF · FDUF
⇐⇒ TD =
120000·(1−0,98)24·0,80 · 1,20
0,80
=⇒ TD = 187,50 [tms/hr] (6)
Luego, es necesario calcular el tonelaje de diseño por ciclo:
TDC =TD ·
∑7i=1Cicloi60
⇐⇒ TDC =187,50 · (1,5 + 1 + 1,5 + 1 + 2 + 2 + 1)
60=⇒ TDC = 31,25 [tms/ciclo] (7)
Ahora, es necesario conocer cuál es el volumen de filtrado requerido por ciclo, el cual se calcula
de la siguiente manera:
V QR =QH
DQ
VQR =TDC/Cpqueque
DQ
⇐⇒ V QR =31,25/(1− 0,1)
3,1
=⇒ V QR = 11,20 [m3] (8)
5
El número de placas requeridas está dado por la siguiente expresión:
PR =V QR
V QP
⇐⇒ PR =11,20
(108/18)
=⇒ PR = 31,11 ≈ 32 [un] (9)
Por lo tanto, el área de filtrado disponible es:
AFD = PR ·AQP
⇐⇒ AFD = 32 · 10818
=⇒ AFD = 186,68 [m2] (10)
Finalmente, el número de filtros que necesita la planta para procesar el cocentrado está dado
por la siguiente expresión:
NF =AFD
108=⇒ NF = 1,73 ≈ 2 [un] (11)
Dado que NF es menor a la cantidad de filtros que tiene la planta, entonces se concluye que
la planta de filtros tiene capacidad disponible.
6
Balance de masa
ITEM UNIDAD 1 2 3 4 5 6 7
Tratamiento horario nominal
Flujo de Sólidos tph 102.04 102.04 - 125 41.67 41.67 -
Flujo de Agua m3/h 238.1 68.03 170.07 83.33 27.78 4.63 69.44
Flujo de Pulpa tph 340.14 170.07 - 208.33 69.44 46.3 -
Caudal de Pulpa m3/h 262.39 92.32 - 113.1 37.7 14.55 -
Densidad Sólido t/m3 4.2 4.2 - 4.2 4.2 4.2 -
% de Sólidos, Cp 0.3 0.6 - 0.6 0.6 0.9 -
Densidad de Pulpa t/m3 1.3 1.84 - 1.84 1.84 3.18 -
Tratamiento horario máximo
Flujo de Sólidos tph 122.45 122.45 - 150 50 50 -
Flujo de Agua m3/h 285.71 81.63 204.08 100 33.33 5.56 83.33
Flujo de Pulpa tph 408.16 204.08 - 250 83.33 55.56 -
Caudal de Pulpa m3/h 314.87 110.79 - 135.71 45.24 17.46 -
Densidad Sólido t/m3 4.2 4.2 - 4.2 4.2 4.2 -
% de Sólidos, Cp 0.3 0.6 - 0.6 0.6 0.9 -
Densidad de Pulpa t/m3 1.3 1.84 - 1.84 1.84 3.18 -
Tratamiento horario mínimo
Flujo de Sólidos tph 81.63 81.63 - 100 33.33 33.33 -
Flujo de Agua m3/h 190.48 54.42 136.05 66.67 22.22 3.7 55.56
Flujo de Pulpa tph 272.11 136.05 - 166.67 55.56 37.04 -
Caudal de Pulpa m3/h 209.91 73.86 - 90.48 30.16 11.64 -
Densidad Sólido t/m3 4.2 4.2 - 4.2 4.2 4.2 -
% de Sólidos, Cp 0.3 0.6 - 0.6 0.6 0.9 -
Densidad de Pulpa t/m3 1.3 1.84 - 1.84 1.84 3.18 -
Tabla 2: Balance de masas Problema N◦1.
7
Pregunta No 2Un tranque de relaves de mineral de Cu construye su muro mediante la clasificación del relave fresco
proveniente de la Planta Concentradora.
La producción de relaves alcanza las 5.000 tph, de las cuales se clasifica un 40% y el resto va direc-
tamente a la cubeta del tranque, tal como se muestra en la Figura 2. Realizar el balance de masas
y determinar la producción de arenas.
Además se requiere determinar el porcentaje de relave fresco que se debe clasificar para así obtener
400.000 m3/mes de arena ya que debido a una falla de diseño del tranque la laguna está creciendo
más rápido que el muro, y determinar si es posible producir estos niveles de arena con la misma
cantidad de hidrocilones instalados, analizando si es necesario por ejemplo cambiar de diámetro de
hidrociclones o agregar una nueva batería, etc.
Figura 2: Diagrama de procesos Pregunta No2.
8
Tabla 3: Datos Problema No2
Datos Unidad Valor
Producción relave tph 5000
Relave clasificado 0.4
Arena destinada al muro m3/mes 400000
Densidad arena destinada al muro t/m3 1.8
Cp relave 0.55
Cp alimentación hidrociclón 0.36
Cp descarga hidrociclón 0.68
ρs t/m3 2.6
Pasante acumulado -200#
Alimentación 47.65
Rebose (overflow) 68.41
Descarga (underflow) 14.93
Diámetro hidrociclones Considerar D26
Cantidad hidrociclones 12
Presión psi 12
Horas/Día 24
Días/Mes 30
Factor de Diseño 0.2
9
RespuestaBalance de masas, escenario clasificación del relave de 40%
ITEM UNIDAD 1 2 3 4 5 6 7
Tratamiento horario actual
Flujo de Sólidos tph 5000 3000 2000 2000 - 776 1224
Flujo de Agua m3/h 4091 2454 1636 3556 1919 365 3190
Flujo de Pulpa tph 9091 5455 3636 5556 - 1142 4414
Caudal de Pulpa m3/h 6014 3608 2406 4325 - 664 3661
Densidad Sólido t/m3 2.6 2.6 2.6 2.6 - 2.6 2.6
% de Sólidos, Cp 0.55 0.55 0.55 0.36 - 0.68 0.28
Densidad de Pulpa t/m3 1.51 1.51 1.51 1.29 - 1.72 1.21
Flujo de arenas colocadas en el muro m3/mes 310546
Tabla 4: Balance de masas Problema N◦2, para el caso con 40% del relave clasificado.
Porcentaje relave fresco a clasificar para obtener 400000 [m3/mes] de arena
Para realizar esto, es necesario llevar los 400000 [m3/mes] de arena, a [tph]. Luego
400000 [m3/mes] =400000 [m3/mes] · 1,8 [t/m3]
30 [das/mes] · 24 [horas/da]
=⇒ 400000 [m3/mes] = 1000 [tph] (12)
Por otro lado, la relación arenas/lama de los hidrociclones se calcula como
RAL =a− rd− r
RAL =47,65− 68,41
14,93− 68,41
=⇒ RAL = 38,82% (13)
Pero
RAL
1=
Arenas
Alimentacin(14)
10
Luego
Alimentacin =Arenas
RAL
=⇒ Alimentacin =1000
0,3882
=⇒ Alimentacin = 2576 [tph] (15)
Entonces, el porcentaje de relave fresco que se debe clasificar es
% =2576
5000=⇒ % = 51, 52% (16)
ITEM UNIDAD 1 2 3 4 5 6 7
Tratamiento horario actual
Flujo de Sólidos tph 5000 2424 2576 2576 - 1000 1576
Flujo de Agua m3/h 4091 1983 2108 4580 2472 471 4109
Flujo de Pulpa tph 9091 4407 4684 7156 - 1471 5685
Caudal de Pulpa m3/h 6014 2915 3099 5571 - 855 4715
Densidad Sólido t/m3 2.6 2.6 2.6 2.6 - 2.6 2.6
% de Sólidos, Cp 0.55 0.55 0.55 0.36 - 0.68 0.28
Densidad de Pulpa t/m3 1.51 1.51 1.51 1.28 - 1.72 1.21
Flujo de arenas colocadas en el muro m3/mes 400000
Tabla 5: Balance de masas Problema N◦2, para el caso 400000 [m3/mes] de arena al muro.
Para determinar si la batería de hidrociclones tiene capacidad disponible para procesar el
relave con que se le alimenta, basta con comparar el caudal de pulpa (4) que pasa por cada
hidrociclón, y comparar con la carta de rendimiento de los ciclones Krebs.
Por cada hidrociclón pasa un flujo de 557 [m3/hr]1, y con la presión de operación de estos
equipos (12 psi), se ingresa al carta de ciclones Krebs y se concluye que la cantidad de hidro-
ciclones es insuficientes. Es más, para el diámetro D-26 y una presión de 12 [psi], el máximo
caudal de pulpa que es capaz de procesar este equipo es de 500 [m3/hr] aproximadamente.
Recomendaciones:1Se ha considerado que de la batería de 12 hidrociclones, 2 están en stand-by.
11
1. Mantener el diámetro D-26, y utilizar dos (2) baterías de 9 hidrociclones cada una, con
siete (7) operando y dos (2) stand-by (ver Figura 3, punto de operación rojo).
2. Aumentar el tamaño de los hidrociclones a D-33, y utilizar una (1) batería de 10 hidro-
ciclones (ocho -8- operando, y dos -2- stand-by). Figura 3, punto de operación verde.
Figura 3: Cantidad y tipo de hidrociclones recomendados.
12