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UNIVERSIDAD NACIONAL JORGEBASADRE GROHMANN
FACULTAD DE INGENIERIACARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA METALURGICA
PLAN DE TESIS
ESTUDIO DE RECUPERACIN DE AGUA DERELAVES EMPLEANDO LA TECNOLOGA DE
ESPESAMIENTO EN LAS EMPRESAS PERUANASDE LA REGIN TACNA
PRESENTADO POR EL BACHILLER:ALEXANDER ESCOBAR AROCUTIPA
PARA OBTENER EL TITULO PROFESIONAL DE
INGENIERO METALURGICO
TACNA PERU2014
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CONTENIDO Pag.
I. DATOS GENERALES
1.1 Ttulo de Tesis 5
1.2 Autor o responsable 5
1.3 Asesor 5
1.4 Lugar donde se desarrolla 5
1.5 Tipo de investigacin 5
1.6 rea de investigacin 5
II. ESTUDIO METODOLOGICO DEL PROBLEMA
2.1 Descripcin del problema 6
2.2 Antecedentes del problema 72.3 Delimitacin del problema 9
2.3.1 Delimitacin espacial 9
2.3.2 Delimitacin temporal 10
2.3.3 Delimitacin social 10
2.3.4 Delimitacin conceptual 10
2.4 Planteamiento del problema 11
2.5 Importancia y justificacin 11
2.5.1 Importancia 11
2.5.2 Justificacin tcnica 12
2.5.3 Justificacin econmica 13
2.5.4 Justificacin ambiental 13
2.6 Objetivos
2.6.1 Objetivo general 14
2.6.2 Objetivos especficos 14
III. MARCO CONCEPTUAL
3.1 Marco terico, tecnolgico, conceptual y histrico
3.1.1 Historia de la tecnologa de espesamiento 14
3.1.1.1 Disposicin de relaves 16
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3.1.1.2 Plantas en operacin que usan la tecnologa de
espesamiento 16
3.1.2 Influencia de la Reologia 16
3.1.2.1 Parmetros de reologa 17
3.1.2.2 Metodologa para pruebas reolgicas 19
3.1.2.3 Efecto reolgico de las pulpas en SPCC 19
3.1.3 Metodologa de determinacin de viscosidad 20
3.1.3.1 Asentamiento de cono o slump 21
3.1.3.2 Estabilidad de dispersiones coloidales 22
3.1.3.3 Aplicacin de doble capa de Stern 23
3.1.3.4 Desestabilizador de suspensiones 25
3.1.4 Separacin solido-liquido 263.1.4.1 Sedimentacin 27
3.1.4.2 Leyes de sedimentacin 29
3.1.5 Espesamiento 30
3.1.6 Tecnologa de espesamiento 31
3.1.6.1 Parmetros de espesamiento 31
3.1.6.2 Velocidad critica 31
3.1.6.3 Velocidad de flujo 33
3.1.6.4 Velocidad de transicin 33
3.1.6.5 Altura dinmica total 34
3.1.6.6 Factor de correccin de la A.D.T 35
3.1.7 Dimensionamiento de espesadores 36
3.1.8 Seleccin de floculante 37
3.1.8.1 Porcentaje de dilucin y dosificacin de floculante
38
3.2 Hiptesis 39
3.2.1 Identificacin de variables 39
3.2.2 Definicin de variables 39
3.2.3 Operacionalizacin y clasificacin de variables 41
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IV. METODOLOGA Y TCNICA
4.1 Diseo y tipo de investigacin 41
4.2 Poblacin y muestra 41
4.3 Tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos 414.4 Procesamiento y anlisis de datos 42
V. ASPECTOS ADMINISTRATIVOS DE LA INVESTIGACIN
5.1 Plan de acciones y cronograma 43
5.2 Recursos utilizados 44
5.2.1 Recursos humanos 44
5.2.2 Recursos materiales 44
5.3 Presupuesto y financiamiento de la investigacin 44
5.4 Resumen 45
5.5 Conclusiones 45
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 47
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PLAN DE TESIS
I. DATOS GENERALES
1.1 TITULO DE TESIS
Estudio de recuperacin de agua de relaves empleando la
tecnologa de espesamiento en las empresas peruanas de la
regin Tacna
1.2 AUTOR O RESPONSABLE
Alexander Escobar Arocutipa
1.3 ASESOR
No hay
1.4 LUGAR DONDE SE DESARROLLA LA INVESTIGACION
Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, Escuela
Profesional de Ingeniera Metalrgica, Laboratorio.
1.5 TIPO DE INVESTIGACION
La investigacin es de tipo aplicativo y nivel experimental.
1.6 AREA DE INVESTIGACION
Investigacin y desarrollo tecnolgico.
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II. ESTUDIO METODOLGICO DEL PROBLEMA
2.1 DESCRIPCIN DEL PROBLEMA
Hace ocho aos era impensable la extraccin y tratamientode minerales de cobre con leyes menores al 3,0%, ya que
resultaba econmicamente inviable. Sin, embargo, hoy en da,
laescasez del recurso cuprfero y el aumento en la demanda,
ha motivado al tratamiento de depsitos con contenidos no
mayores a 0,2%, y que son factibles econmicamente slo si
son explotados a gran escala, lo cual, a su vez, requiere un
mayor uso de agua y genera una mayor cantidad de relaves
como desecho.
En el sur de nuestro pas, regin rida y de poca disponibilidad
de agua, en la mayor parte de las plantas de concentracin de
minerales de cobre el suministro de agua limita en muchos
casos las operaciones y/o restringe la ampliacin de stas. Uno
de los componentes de una solucin global, la cual ha llegado a
ser mayormente aceptada, es el uso de la tecnologa de
espesamiento como alternativa de recuperacin de agua a
partir de cualquier pulpa. Segn Meggyes (2009: 18), el ahorro
de agua es un punto ambiental muy favorable en el uso de la
tecnologa de pasta, lo cual es muy atractivo en zonas ridas,
ya que permite recuperar agua para el proceso, a diferencia de
las grandes cantidades que son perdidas por evaporacin en
presas de relaves convencionales. Adems, una menor huella
de relaves significa una menor rea impactada, menor rea de
monitoreo durante y posterior a la operacin de la mina. Por
otro lado, el incremento legislativo as como demanda social por
una consiente disposicin de los residuos mineros, afectan no
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solo a la comunidad minera, sino tambin al costo de las
operaciones (Kuyucak 2009: 151).
En el presente estudio, se pretende obtener informacin para
determinar la viabilidad tcnica para la aplicacin de relavesespesados; as como de los costos involucrados en este tipo de
instalacin industrial para el caso de gran minera de cobre.
En el sur de nuestro pas, las operaciones de gran minera de
cobre se encuentran ubicadas en zonas de escasez de agua ya
que normalmente son usadas en la agricultura. Hoy en da, el
suministro de agua se ha convertido en un problema que estas
mineras (Yanacocha, El Brocal, Toquepala, Chinalco, Cuajone,Minsur, entre otras) abordan desde las fases iniciales de sus
proyectos, o que deben afrontar al evaluar una ampliacin de
sus operaciones. Sumado esto a las cada vez mayores
exigencias medioambientales para el otorgamiento de los
derechos por el aprovechamiento del recurso natural, hacen
hoy que el agua en estas zonas tenga un elevado costo.
Especficamente en la gran minera del cobre, el agua seemplea con intensidad en el proceso tradicional de
concentracin por flotacin, y en los procesos
hidrometalrgicos: lixiviacin, extraccin por solventes y electro-
deposicin. El consumo de agua en una planta concentradora
vara entre 0,4 a 1,6 m3por tonelada de mineral procesado, con
una media del orden de 0,7 m3.
Pese a la problemtica en estas zonas sobre la disponibilidad
de agua, persiste an la prctica convencional en el tratamiento
y manejo de los relaves, los cuales son los subproductos
mineros que contienen la mayor proporcin del recurso hdrico.
Se estima que del total de agua que ingresa a una planta
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concentradora, generalmente ms del 95% va a dar a la presa
de relaves, mientras que el resto o bien se evapora o es
recuperado parcialmente o est contenida en los concentrados.
Es aqu que la tecnologa de relaves espesados como solucin
ante el problema de disponibilidad de agua para los procesos
metalrgicos adquiere un papel decisivo.
El Ministerio de Energa y Minas a travs de la Direccin
general de Asuntos Ambientales, han establecido normas
legales ( D.S. N 016-93-EM del 24/04/93 ) con el fin de
corregir, evitar y/o mitigar los daos ocasionados y los que
pudieran ocasionar, las labores de explotacin y operacin
minero-metalrgico, a travs de losEstudios de Impacto
Ambiental (EIA) y los Programas de Adecuacin y Manejo
Ambiental (PAMA).
De manera general, podemos indicar que durante las ltimas
tres dcadas la tecnologa de pasta y relaves espesados ha
pasado de ser un objeto de investigacin y conceptualizacin a
ser una solucin aceptada mundialmente y que ha adquirido
prctica extensiva para el manejo de desechos minerales.
Operaciones actuales en operacin y muchos proyectos
aplicando esta tecnologa indican esta tendencia.
El Estudio de relaves espesados involucra el conocimiento y la
aplicacin de nociones de caracterizacin metalrgica y
reolgica de pulpas minerales, separacin slido-lquido,
hidrulica, transporte de slidos y economa en proyectos deinversin.
http://www.geocities.com/mineria_region/contaminacion.htm?20094#Estudioshttp://www.geocities.com/mineria_region/contaminacion.htm?20094#Estudioshttp://www.geocities.com/mineria_region/contaminacion.htm?20094#Programahttp://www.geocities.com/mineria_region/contaminacion.htm?20094#Programahttp://www.geocities.com/mineria_region/contaminacion.htm?20094#Programahttp://www.geocities.com/mineria_region/contaminacion.htm?20094#Programahttp://www.geocities.com/mineria_region/contaminacion.htm?20094#Estudioshttp://www.geocities.com/mineria_region/contaminacion.htm?20094#Estudios -
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2.2 ANTECEDENTES DEL PROBLEMA
Ttulo: Estudio de pre-factibilidad para la recuperacin de agua
a partir de relaves de gran minera de cobre mediante la
tecnologa de relaves espesados.
Autor:Juan Alberto Cabrejos Salinas
Resumen: La tecnologa de los relaves espesados en los
ltimos tiempos ha alcanzado un interesante desarrollo en
ingeniera y tecnologa para la administracin y cuidado de este
desecho minero, y se vuelve cada vez ms atractiva para las
empresas mineras debido a sus bondadosos atributos: baja
infiltracin en el subsuelo, bajas emisiones de polvo y una
buena recuperacin de agua.
En un principio se hizo un estudio
de los tipos de mineral que existen en esas zonas es decir se
hizo un estudio reologico, luego se hizo pruebas de laboratorio
con la finalidad de ver si el mtodo de espesamiento podra
servir.
Conclusiones: Al finalizar las pruebas se obtuvieron
excelentes resultados, con las cuales se pudieron dimensionar
los espesadores, junto con su capacidad, y poder predecir los
resultados a futuro, y con lo se pudo ver que con la aplicacin
de la tecnologa de relaves espesados se puede recuperar
agua de manera significativa.
Reolgicamente los relaves espesados de cobre presentan
cizallamiento yendo, por ejemplo para una concentracin de
solidos de 66%, de valores iniciales, sin cizallar, alrededor de
150Pa a valores cercanos e inferiores a 60Pa tras la aplicacin
de cizallamiento mecnico externo.
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2.3 DELIMITACION DEL PROBLEMA
2.3.1 Delimitacin espacial:
La delimitacin temporal se har en el sur del Per
como por ejemplo tomando como rea de estudio en las
empresas mineras de Cuajone, Toquepala ambas minas
pertenecientes a la empresa minera Southern Per Cooper
Corporation, Minsur en la ciudad de Tacna.
Por otro lado tomara en consideracin el estudio de relave en la
ciudad de Ite, Tacna.
2.3.2 Delimitacin Temporal
Plan de tesis Tesis
Inicio Octubre del 2014 Enero del 2015
Fin Noviembre del 2014 Mayo del 2015
El plan de tesis est programado para 1 mes, en este tiempo se
obtendr datos, informacin de todo lo relacionado con la
aplicacin de la tecnologa de espesamiento en el Tacna-Per.
2.3.3 Delimitacin social
Para la ejecucin de la tesis en los meses de enero a
mayo, se necesitara la ayuda de asesores de la ESME-
UNJBG, como tambin de los diferentes recursos a
necesitar para desarrollar la Tesis, para luego visitar una de
las empresas, y aplicarlos y comparar resultados.
2.3.4 Delimitacin conceptual
En la siguiente investigacin se consideran los
siguientes temas a tratar.
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Historia de la tecnologa de espesamiento
Reologia y su influencia
2.4 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Primeramente lo planteamos el problema del punto de vista
social y medioambiental, ya que con el uso de este mtodo de
espesamiento nosotros podremos dimensionar espesadores
encargados de recuperar gran parte del agua que se encuentra
en los relaves, haciendo de que no dependa ms del agua de
los poblados ms cercanos a dichas actividades.
La recuperacin de agua de los relaves, permitira una menordemanda por fuentes de agua naturales, y se podra recuperar
reactivos valiosos que no terminaran afectando el medio
ambiente (por ejemplo, cianuro).
2.5 IMPORTANCIA Y JUSTIFICACIN
2.5.1 Importancia
1. Disminucin de pozas de agua sobre la presa de relaves,
reduciendo as, el riesgo de colapso de presas por
licuefaccin.
2. Reduccin de volmenes de presa, y mejor
aprovechamiento del rea disponible al permitir mayores
ngulos de disposicin.
3. Reduccin de costos de capital asociados a presas degran envergadura. Reduccin de gastos operativos de
bombeo de agua sobrenadante en el rea de
disposicin, de los costos de requerimientos de agua
fresca, y por concepto de ahorro en reactivos debido a la
recuperacin de metales disueltos.
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4. Extensin de la vida til de una relavera existente, por
ende la reduccin de los costos de capital y de operacin
por este concepto.
5. Disminucin del rea de impacto requerida para la
disposicin de grandes volmenes de relaves;
disminucin de la contaminacin de suelos y aguas
subterrneas. Reduccin y/o eliminacin de la
generacin de agua cida y transporte de
contaminantes.
6. Recuperacin de mayor cantidad de agua para uso en
los procesos y por ende reduccin del consumo de agua
fresca, lo cual genera que la percepcin del pblicosobre las presas de relaves mejore al ser considerada
una instalacin estructuralmente ms estable.
2.5.2 Justificacin tcnica
El proyecto se justifica frente a la limitada
disponibilidad de agua fresca en el sur de nuestro pas, zonas
ridas donde la mayor parte de minera de cobre a gran escala
se desarrolla, y ante la potencial posibilidad de extraer el
recurso hdrico a partir del desaguado de los relaves. En otras
partes del mundo, especialmente Europa, frica y Australia, a
medida que el agua limpia y potable se vuelven ms escasos,
todo aquel proceso que reduzca su consumo o que permita su
re-uso en la minera, gana ms importancia. Se estima que el
proceso metalrgico requiere el uso entre 0,4 a 1,6 m3 por
tonelada de mineral procesado, con una media del orden de 0,7
m3 (Kuyucak 2009: 151- 157). En el caso de minera aurfera el
consumo medio est alrededor de 1 m3 por tonelada de mineral
(Gupta 2006: 401).
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Los relaves pueden ser almacenados de diferentes maneras
dependiendo de su naturaleza fsico-qumica, la topografa,
condiciones climticas y el contexto socio-econmico, sin
embargo el requerimiento bsico de un depsito de relaves es
proveer almacenamiento seguro, estable y econmico con
mnimo impacto a la salud y ambiental durante su operacin.
2.5.3 Justificacin econmica
El costo del agua suele ser muy alto en zonas de
escasez de este recurso hdrico. La inversin as como el
perodo de recuperacin de la inversin de una planta deespesamiento suele ser en muchos casos ms competitiva que
la aplicacin de otras tecnologas, como la de tratamiento de
agua de mar, por el costo de tratamiento y transporte, por
ejemplo. Sin embargo, el presente estudio no pretende realizar
una comparacin de otras tecnologas de obtencin de agua, ya
que es obvio que los costos son particulares para cada caso,
as por ejemplo, dependen de las distancias entre la planta y la
fuente de agua, las condiciones del sitio, etc.
2.5.4 Justificacin ambiental y social
Adems de la justificacin tcnica y econmica para
el uso de la tecnologa de relaves espesados, existe
actualmente un compromiso ambiental y social en la reduccin
del impacto de toda operacin minera. Hoy en da, las
tecnologas de disposicin de relaves. Convencionales, aguas
arriba, aguas abajo y centrales.
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2.6. OBJETIVOS
2.6.1 Objetivo General
Realizar un estudio de recuperacin de aguas a partir de
relaves de una planta deconcentracin de minerales en
el sur del Per.
2.6.2 Objetivos Especficos
Realizar un estudio acerca de la viabilidad tcnica y
econmica para la instalacin de un sistema de
recuperacin de agua a partir de relaves de cobremediantetecnologas de espesamiento
Caracterizar metalrgica (gravedad especfica de slidos,
distribucin de partculas, etc.) y reolgicamente
(viscosidad y resistencia a la fluencia) los relaves
espesadosde cobre en el rango de porcentaje de slidos
en evaluacin.
III. MARCO TERICO
3.1. MARCO TERICO, TECNOLGICO,
CONCEPTUAL Y HISTRICO
3.1.1 Historia de la tecnologa de espesamiento
Se define a la pasta como una mezcla de agua y
partculas slidas que posee alto porcentaje de slidos, alta
viscosidad, alta resistencia a la fluencia, produce slump de
acuerdo a la norma ASTM C143, no posee velocidad crtica de
sedimentacin, que se mueve a travs de una tubera como un
plug flow y no como flujo turbulento, que es depositada y
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puesta en reposo, y debe contener al menos 15% de partculas
menores a 20 m.
La aparicin de las primeras investigaciones y aplicaciones de
la tecnologa de disposicin de relaves espesados se remontan
a hace unos cuarenta aos, con los trabajos de Shields (1974)
y posteriormente, de manera independiente, por Robinsky en el
ao 1976. Este ltimo fue un ingeniero geotcnico quien
propuso para la mina Kidd Creek, propiedad de Falconbridge
Limited, y por primera vez a escala industrial, la idea que
reducir el volumen de disposicin de relaves mediante la
remocin de agua de proceso, ante la reducida rea disponiblepara sus disposicin, de tal manera que el producto pueda auto
sostenerse por s solo sin la necesidad de una presa con una
pendiente de 3 respecto a la horizontal. De esta manera Kidd
Creek se convirti en la primera operacin minera en usar
relaves espesados a partir del ao 1976, operando con xito
hasta la fecha.
Es as que hoy en da las dos principales aplicaciones de la
tecnologa de desaguado de relaves pueden clasificarse en dos
grandes tendencias: disposicin subterrnea y disposicin
superficial. Actualmente existen muchas operaciones que
emplean la tecnologa de relaves espesados y en pasta, se
estima en cerca de 30 plantas similares alrededor del mundo
que han entrado en operacin o se encuentran en etapas de
diseo o construccin. Este nmero vendr en aumento, ya que
las limitaciones del pasado, principalmente costo y falta de
tecnologa, se han adelgazado.
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Proyecto Esperanza / Grupo Antofagasta Minerals
(Chile)
3.1.2 Influencia de la Reologia
La reologa estudia el flujo y deformacin de la
materia, siendo una de sus propiedades importantes la
determinacin de la fuerza que necesita una determinada pulpa
para moverse. Su aplicacin est no solo en fluidos mineros
como los relaves.
La reologa influye de tal manera que con ello se puede disear,analizar y optimizar. Una razn importante es la dificultad de su
estudio en las suspensiones inestables que se producen en
muchos procesos de beneficio de minerales y el hecho de la
falta de normas de viscosidad.
3.1.2.1 Parmetros de Reologia
Tensin de fluencia
Viscosidad
Concentracin
Ph
Para determinar los parmetros reolgicos que gobiernan el
movimiento de un fluido se requiere de la obtencin de datos deterreno y/o laboratorio que permitan su caracterizacin. Si bien
existen en el mercado instrumentos que permiten medir estos
parmetros en lnea, sus costos de capital y de mantencin, as
como sus requerimientos de calibracin, los hacen an poco
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atractivos para su uso en la industria minera. Los anlisis de
laboratorio representan una alternativa viable en trminos
tcnico-econmicos para la obtencin de los parmetros
reolgicos en el caso de pulpas minerales. A travs de ellos, es
posible estimar los valores de viscosidad y de tensin de
fluencia dadas las condiciones de concentracin, pH y
granulometra de la muestra seleccionada.
Para fluidos newtonianos, la estimacin de la viscosidad a partir
de los diagramas reolgicos es relativamente simple. Sin
embargo, cuando se est en presencia de fluidos no-
newtonianos, como es el caso de la mayora de las pulpasmineras, se requiere de un estudio estadstico de los resultados
de laboratorio para determinar los parmetros reolgicos.
Graf. 01 Clasificacin de fluidos segn comportamientoreolgico.
Elaboracin propia.
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Fig, 01 Clasificacin de fluidos con propiedades independientesdel tiempo.
3.1.2.2 Metodologa para pruebas reolgicas
En la Figura se muestran la metodologa
disponible para la caracterizacin reolgica de fluidos, tanto
para la determinacin de la viscosidad como la resistencia a la
fluencia.
Graf. 02 Metodologas para pruebas reolgicas.
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3.1.2.3 Efecto reolgico sobre las pulpas en Southern
Per Cooper Corporation
Experiment cambios en la reologa de sus
relavesasociados a cambios mineralgicos durante un recientepilotaje en el ao 2008. Losdistintos tipos de minerales con y
sin contenidos de arcillas, produjeron variacionessignificativas
en los resultados del pilotaje de espesamiento: porcentaje de
slidosen la descarga, consumo de floculante, reologa, etc.
Graf. 03 Efecto de arcillas en reologa de relaves de cobre. Elaboracin
propia. Adaptado deGolder (2007: 1011).
3.1.3 Metodologa de determinacin de viscosidad
Se disponen de tres metodologas viscometra de
objetos en cada, rotacional, y en tubo capilar - para la
determinacin de la viscosidad, de las cuales los mtodos de la
viscometra rotacional tienen la ventaja de ser altamente
confiables adems los equipos para ello son pequeos y
fcilmente transportables, para hacer la curva de fluidez se
necesita de variables.
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1. Tasa controlable (Controlled Rate - CR).- Se impone una tasa
de corte y se registra el esfuerzo de corte como respuesta del
material. Se consigue esta modalidad con un viscosmetro un
rhemetro.
2. Esfuerzo controlable (Controlled StressCS).- Se impone un
esfuerzo de corte y se registra la tasa de corte como respuesta
del material. Se consigue esta modalidad slo con un
rhemetro.
3.1.3.1 Asentamiento de cono Slump
El asentamiento de cono (slump) es una tcnica
de medicin de la consistencia que posee una pasta o pulpa
espesada.
Fig. 02 Ensayo de asentamiento de cono. Tomado porconstrumatica 1010
El asentamiento de cono se mide por medio del cono de
Abrams el cual consiste de un molde de metal con forma de
cono truncado, con un dimetro en la base de 20 cm (8 pulg) y
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El movimiento Browniano produce colisin entre las partculas y
si las fuerzas de atraccin predominan, las partculas se
aglomeran despus de la colisin. En caso contrario, si las
fuerzas de repulsin predominan las partculas permanecen
separadas despus de la colisin. Las fuerzas de atraccin son
las de Van der Waals, en tanto que las fuerzas de repulsin
provienen de la interaccin entre las dobles capas elctricas
que rodean a las partculas.
Fig.04 Curva de energa neta de interaccin segn distancia
del coloide tomado de Ravina (1993:4).
3.1.3.3 Aplicacin de la doble capa de Stern
La doble capa elctrica es la estructura que
comprende la regin de interfase entre dos fases. Contiene una
distribucin compleja de carga elctrica que proviene de la
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transferencia de carga entre las fases, adsorcin de los iones
positivos y negativos, orientacin de las molculas con
momento dipolar y polarizacin de la carga elctrica en las
molculas. Adquiere gran importancia en el comportamiento de
los coloides yotras superficies en contacto con solventes. Uno
de los principales efectos de la existencia de la doble capa en la
interfaz electrodo-solucin es la acumulacin de carga o
capacitancia, superpuesta a una actividad fardica.
Fig.05 Modelo de la doble capa
La concentracin de iones positivos es alta cuando est cerca
de la superficie del coloide, pero tiende a disminuir cuando se
logra un equilibrio con los iones de la solucin. En forma similar,
en la capa difusa hay un dficit de iones negativos, su
concentracin se incrementa al alejarse del coloide, tal como se
representa en la figura superior.
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Fig.06 Variacin de la densidad de carga respecto a la
distancia del coloide.
En la imagen se puede observar que debido a la interaccin de
la atmosfera cargada del coloide, se va generar un potencial
elctrico relativo a la solucin, la cual es llamado potencial
superficial que tiende a disminuir cuando se aleja del coloide.
3.1.3.4 Desestabilizador de suspensiones
Se pueden dar mediante la adicin de:
Electrolitos o sales.- los cuales generan la coagulacin
mediante dos mecanismos
Iones metlicos hidrolizables.- Son agregados en la
concentracin y rango de pH adecuado para que el hidrxido
del metal precipite.
Polmeros.- se da por:
- Atraccin tipo parche cargado.- como la densidad del polimero
es alta, el polmero fcilmente neutraliza a las partculas con
carga negativa, aglomerndolas.
Fig.07 Figura de Atraccin tipo parche
- Atraccin tipo puente.-
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Fig.08 Figura de atraccin tipo puente
Ya que la mayor parte de pulpas en la industria minera poseen
partculas cargadas negativamente, se podra esperar que los
floculantes catinicos al adsorberse sobre stas partculas sean
las ms adecuadas; sin embargo esto es cierto para propsitos
de neutralizacin de cargas y atraccin del polmero a la
superficie de la partculas, pero no para efectos de atraccintipo parche cargado o tipo puente.
Graf.05 Tipos de floculante y aplicaciones en la industria
minera. Elaboracin propia, adaptado deDay 2002: 194195)
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3.1.4 SEPARACION SOLIDO LIQUIDO
La mayor parte de operaciones de beneficio de
minerales emplean el uso de cantidadessignificativas de agua
para su tratamiento. Para lograr la separacin slido/lquidoposterior se cuenta actualmente, de manera general, con tres
metodologas: espesamiento, filtracin y secado trmico. En
general, 75% a 80% del agua puede ser removida por medio de
espesadores, y cerca del 90% con filtros en etapas posteriores.
El espesamiento es latcnica de desaguado ms ampliamente
usada debido a que es relativamente barato, permite una alta
capacidad de procesamiento y provee las mejores condiciones
para la floculacin debido a sus muy bajas fuerzas de corte
(Wills 2006: 378,382, Gupta 2006: 401).
3.1.4.1 Sedimentacin
La sedimentacin es una operacin unitaria consistente en la
separacin por la accin de la gravedad de las fases slida y
lquida de una suspensin diluida para obtener una suspensin
concentrada y un lquido claro.
Se pueden distinguir dos tipos de sedimentacin, atendiendo al
movimiento de las partculas que sedimentan:
Sedimentacin libre: Se produce en suspensiones de
baja concentracin de slidos. La interaccin entre
partculas puede considerarse despreciable, por lo que
sedimentan a su velocidad de cada libre en el fluido. Sedimentacin por zonas: Se observa en la
sedimentacin de suspensiones concentradas. Las
interacciones entre las partculas son importantes,
alcanzndose velocidades de sedimentacin menores
que en la sedimentacin libre. La sedimentacin se
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encuentra retardada o impedida. Dentro del
sedimentador se desarrollan varias zonas,
caracterizadas por diferente concentracin de slidos y,
por lo tanto, diferente velocidad de sedimentacin.
Dependiendo de cmo se realice la operacin, la
sedimentacin puede clasificarse en los siguientes tipos:
Sedimentacin intermitente: El flujo volumtrico total de materia
fuera del sistema es nulo, transcurre en rgimen no
estacionario. Este tipo de sedimentacin es la que tiene lugar
en una probeta de laboratorio, donde la suspensin se deja
reposar.
Sedimentacin continua: La suspensin diluida se alimenta
continuamente y se separa en un lquido claro y una segunda
suspensin de mayor concentracin. Transcurre en rgimen
estacionario.
Fig.09 Sedimentacin continua
La seccin del sedimentador pueda calcularse para asegurar la
clarificacin de la suspensin no significa que se alcance la
concentracin deseada de slido en la disolucin de salida, Xu.
Generalmente el rea de la seccin requerida para el
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espesamiento suele ser mayor que la requerida para la
clarificacin.
El procedimiento desarrollado por Yoshioka y Dick para la
determinacin de la seccin mnima requerida para el
espesamiento se basa en las siguientes consideraciones:
Los ensayos de sedimentacin llevados a cabo en el
laboratorio no corresponden a un funcionamiento en
continuo.
La capacidad del sedimentador discontinuo para
arrastrar los slidos a su parte inferior, con una
concentracin Xi, en funcionamiento discontinuo, viene
dada por:
GB = caudal de slido (kg/m2s)
Xi = concentracin de slido en disolucin (kg/m3)
Vi = velocidad de sedimentacin en la zona para una
concentracin Xi (m/s).
3.1.4.2 Leyes de Sedimentacin
En los procesos de sedimentacin juega un
papel importante la relacin de dilucin, as como el tamao de
la partcula. De manera prctica, se observa que al verter una
pulpa diluida en un cilindro y si se deja asentar, se observa lo
siguiente:
Las partculas ms gruesas son las primeras en llegar alfondo con relativa facilidad y con mayor velocidad que
las de menor tamao.
Enseguida a la sedimentacin de las partculas gruesas,
sigue la de los limos llenando los intersticios entre las
partculas ms gruesas.
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las aplicaciones ms exigentes y robustas han sido requeridas,
hoy en da encontramos soluciones en la industria qumica y de
aguas residuales, entre otras.
3.1.6 Tecnologa de espesamiento
Esta tecnologa hace posible el incremento de los
ratios de procesamiento convencionales de 0.45t/m/h a 2.7
t/m/h. Es as que en el mercado podemos encontrar
espesadores de alta eficiencia (HRT), alta capacidad o
compresin (HCT) y de cama profunda o pasta (DBT).
3.1.6.1 Parmetros de espesamiento
Tasa de alimentacin
Tamao y forma de las partculas
Diferencia de gravedad especfica entre slido y lquido
Tipo, dosificacin y forma de aplicacin del floculante
Viscosidad
Temperatura del flujo de alimentacin Arreglo de alimentacin
Velocidad de rotacin de rastra
3.1.6.2 Velocidad critica
Se define la velocidad crtica como aquella velocidad en la cual
las partculas contenidas en la pulpa empiezan a sedimentar.
Por lo tanto el diseo del sistema de transporte de cualquier
pulpa debe contemplar operar a una velocidad por encima de
esta velocidad crtica, de tal manera que prevenir la
sedimentacin y obstrucciones en la tubera.
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A pesar de que se conoce que al aumentar la concentracin de
slidos (a una consistencia de pasta) la pulpa adquiere
propiedades de un fluido no sedimentable, sin embargo el
relave espesado, en las condiciones en las que se plantea
transportar en este estudio, no es ajeno a experimentar
velocidad crtica. Tal como se indicar ms adelante, la reologa
de la pulpa espesada en este estudio a la descarga del
espesador presenta caractersticas que la localizan en una
zona de transicin entre las pulpas sedimentables y las no
sedimentables.
De experiencia de Pullum 2007, se recogen las siguientes
conclusiones, referidas a materiales de muy cercanas
caractersticas a las planteadas en este estudio:
1. A pesar que al mismo tiempo que el flujo turbulento
disminuye a medida que se aumenta la concentracin de
slidos resultando en condiciones de flujo laminares, partculas
gruesas podran sedimentar.
2. Recientes investigaciones con pulpas espesadas del tipo
tratadas en este estudio han mostrado que podran no
comportarse completamente en una manera completamente no
sedimentable fluyendo homogneamente en una tubera, ni
siquiera a muy altas concentraciones.
Modelos para predecir la velocidad crtica
Se disponen de muchas relaciones matemticas para la
determinacin de la velocidad crtica. Algunos de los modelos
tradicionales para predecir la velocidad crtica se mencionan a
continuacin:
a) Frmula de Vocadlo y Sagoo
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velocidad, ninguno de estos dos regmenes es el predominante.
Para nuestro caso de aplicacin, se emplear la Ecuacin
desarrollada por Slatter (2005: 68) para pulpas semi-
espesadas11:
Donde:
Vt : Velocidad de transicin
Kt : Factor de Slatter
: Resistencia a la fluencia
: Densidad
La experiencia, tanto en pulpas convencionales como semi-
espesadas, ha demostrado que es preferible operar en rgimen
turbulento, excepto en el caso de transporte de pasta no
segregable, debido a que operar en regmenes laminares
presenta serios problemas. Esto es porque al no presentarse
corrientes turbulentas que permitan la re-suspensin de
partculas gruesas, todas las partculas slidas susceptibles a
sedimentar lo harn en el fondo de la tubera permaneciendo y
aumentando en nmero hasta finalmente bloquear la tubera.
3.1.6.5 Altura dinmica total
La altura dinmica total (TDH, por sus siglas
en ingls) es la presin, expresada en metros del fluido que es
transportado, que se debe desarrollar para trasladar el fluido en
mencin desde un punto A hasta un punto B. La expresin para
calcular la altura dinmica total del sistema se calcula mediante
la siguiente ecuacin:
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Las componentes H, P y Hf son las de mayor impacto en la
determinacin del TDH, siendo la estas: la diferencia en
elevacin, la diferencia de presin y la friccin ocasionada por
el fluido a travs de la tubera respectivamente. Por otro lado, la
componente representa prdidas menores, generadas por la
presencia de vlvulas y accesorios (fittings) en la tubera. Las
prdidas de carga menores sern calculadas considerando el
coeficiente de resistencia K de tablas.
3.1.6.6 Factor de correccin de la altura dinmica
total
Con el objeto de conocer la performance realde las bombas de pulpa, es necesario realizar una correccin
por la presencia de slidos en el fluido, debido a que sin
excepcin, todas las curvas de bombas son referidas al agua
limpia.
La altura dinmica total calculada (TDH) ser corregida por un
factor (Hr), de acuerdo con la siguiente ecuacin:
Donde:
TDHw : Altura dinmica total referida al agua
TDH : Altura dinmica total referida a pulpa
Hr : Factor de correccin por contenido de solidos
Los siguientes puntos debern ser considerados para el diseode bombas de pulpa:
1. El mximo flujo de operacin, incluyendo fluctuaciones, no
deber exceder el 75% de la capacidad total de la bomba.
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2. La potencia nominal (extrada de tablas) deber ser al menos
10% mayor que la potencia absorbida calculada.
3. Para prevenir el desgaste prematuro del impulsor, se
considerar una velocidad del impulsor en la periferia (tipvelocity) no mayor a 40 m/s.
3.1.7 Consideraciones para el dimensionamiento de
espesadores
Segn Gupta (2006: 401): Las principales
consideraciones para el diseo de espesadores son; la tasa desedimentacin de la partcula con la sedimentacin ms lenta, y
las condiciones para minimizar la perturbacin del medio 9 A
continuacin tres de los principales criterios para el
dimensionamiento de espesadores (Wills 2006: 385):
1. rea: El rea de un espesador debe ser tal que
proporcione el tiempo de residencia adecuado para los
requerimientos de porcentaje de slidos en la descarga.El parmetro unitario para dimensionamiento del
espesador, se expresa mediante el rea disponible por
unidad de slidos seco en peso por da.
2. Caudal de rebose: Se refiere al flujo de ascenso del agua
a travs del tanque del espesador. Este valor deber ser
lo suficientemente bajo para que la turbulencia excesiva
no interfiera con la velocidad de sedimentacin de las
partculas en el equipo.
3. Tiempo de retencin: Esta referido al tiempo disponible
para la sedimentacin y posterior compactacin de la
cama. Los slidos no se sedimentan simplemente en el
fondo del tanque y son arrastrados por los brazos de
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Graf.06 Velocidad de sedimentacin vs. tipo de floculante.
Elaboracin propia.
3.1.8.1 Porcentaje de dilucin y dosificacin de
floculante
El objetivo es encontrar la dosificacin
mnima, tal que entregue los mejores resultados operativos sin
afectar los costos de operacin posteriores. El criterio para la
determinacin de la dosificacin ptima de floculante se basa
en la determinacin de la velocidad de sedimentacin (o tasa de
alimentacin) de una muestra representativa de pulpa a
diferentes dosificaciones de floculante (empleando el mismo
floculante pre-seleccionado de la etapa anterior).
La Figura presenta el efecto sobre la tasa de sedimentacin al
variar la dosis de floculante y el porcentaje de slidos en laalimentacin. Se considera tasas de sedimentacin de diseo
razonables en el rango de 2 a 4 m/h. Para nuestro caso
tomaremos slidos.
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Graf.07 Velocidades de sedimentacin segn dosificacin de
floculante
3.2 HIPTESIS
3.2.1 Hiptesis General
Teniendo en cuenta el conocimiento reolgico
agilizara el estudio de recuperacin del agua a nivelesaltos.
3.2.2 Hiptesis Especfica
A partir de datos sobre los relaves de cobre que se
encuentran en la zona se podr determinar el estudio
ambiental y social
Estudio a fondo sobre la reologa del mineral, entre
otras variables, tendr como finalidad evaluar a futuro los
resultados sobre la recuperacin del agua.
3.3 VARIABLES
3.3.1 Identificacin de variables
Variable X = tecnologa de espesamiento
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Variable Y = Recuperacin de agua de relaves
3.3.2 Definicin de Variables
Tecnologa de espesamiento
La tecnologa de espesamiento se desarrollara sobre la base de
los equipos de espesamiento y filtrado que estn orientados a
la mediana y gran minera.
Esta tecnologa est siendo cada vez ms utilizada en los
ltimos aos debido principalmente, a que permite una
utilizacin del agua ms eficiente que los relavesconvencionales. Adems, los depsitos generados a travs de
esta tecnologa son ms estables.
Desde la perspectiva ambiental, uno de los mayores problemas
provocados por la deposicin de relaves es el riesgo de la
contaminacin de las napas subterrneas debido a la infiltracin
de aguas desde los tranques donde stos se depositan. El uso
de TTD reducira este impacto, debido a que contienen un bajo
contenido de agua, adems de material altamente
impermeable. De este modo, en teora, se reduciran en forma
considerable las infiltraciones hacia el subsuelo.
Recuperacin de agua de relaves
Las operaciones de relaves que filtran relaves en pasta
permiten alcanzan recuperaciones (reciclar) del agua contenida
en los relaves de 93%. La deposicin de relaves secos, nos
permiten recuperar el agua en la planta misma, enviando a las
relaveras el relave seco (8%-15% de humedad) y mediante
fajas transportadoras; siendo los costos del transporte a las
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4.2 POBLACION Y MUESTRA
Las pruebas realizadas fueron a nivel de laboratorio.
4.3 TECNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCION DE
DATOS
Experiencias de Ingenieros Ambientales, Recoleccin de
informacin detallada con el estudio de tecnologa de
espesamiento, junto con simulacin de datos para un mejor
resultado. Tomando en cuenta los datos se pudo dimensionar
los espesadores, para diferentes capacidades.
4.4 PROCESAMIENTO Y ANALISIS DE DATOS
El procesamiento de datos se hizo mediante el uso de
programas de simulacin y de dimensionamiento de equipos,
con los datos generados y los resultados podemos decir que el
uso de la tecnologa de espesamiento es rentable y saludable.
Analizndolo desde el punto de vista metalrgico, decimos que
el dimensionamiento de los espesadores debe estar calculado
segn la reologa del rea y del mineral. Reolgicamente los
relaves espesados de cobre presentan cizallamiento yendo, por
ejemplo para una concentracin de solidos de 66%, de valores
iniciales, sin cizallar, alrededor de 150Pa.
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V. ASPECTOS ADMINISTRATIVOS DE LA INVESTIGACION
5.1 PLAN DE ACCIONES Y CRONOGRAMA
ACTIVIDADES
AO 1
TRIM 1 TRIM 2 TRIM 3 TRIM 4M1
M2
M3
M1
M2
M3
M1
M2
M3
M1
M2
M3
1 Planificacin X
1.1 Informacin del tema X
1.2Elaboracin de los
objetivosX
1.3Elaboracin del marco
tericoX
1.4 Formulacin del plan X
1.5 Revisado y aprobado X2 Instrumentacin X
2.1Elaboracin deinstrumentos deinvestigacin
X
2.2Gestin y apoyo
institucionalX
2.3Diseo y validacin del
planX
3Ejecucin /trabajo en
campoX
3.1 Aplicacin deinstrumentos
X
4 Anlisis de datos X
4.1Organizacin y
tabulacin de datosX
4.2Analisis e interpretacionde datos
X
5Preparacin del
informe finalX
5.1Redaccin del borrador
de informeX
5.2 Revisin y aprobacindel borrador de informe X
5.3 Edicin final X
6Presentacin y/o
sustentacinX
6.1Presentacin del
informe finalX
6.2 Sustentacin X
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5.2 RECURSOS UTILIZADOS
5.1.1 Recursos humanos:
Para la aplicacin de esta tecnologa se estima
alrededor de 150 personas.
5.1.2 Recursos materiales:
Balanzas de precisin.
Reactivos.
Materiales de laboratorio bsico.
Floculantes.
Equipos de seguridad en laboratorio.
5.3 PRESUPUESTO Y FINANCIAMIENTO DE LA
INVESTIGACION
En un principio nos dedicaremos a la bsqueda de datos e
informacin de todo lo relacionado al tema de la aplicacin de la
tecnologa de relaves.
Por la cual solo invertiremos todo el tiempo posible a
desarrollar el plan de tesis. Posteriormente, en el desarrollo detesis parte del financiamiento saldr de uno mismo, y por lo
dems parte de la empresa.
DescripcinPresupuesto
total
Financiamiento
Recursos
propiosUNJBG(*) Otros
Bienes S/.200.00 X
Servicios S/.50.00 X
Otros S/.50.00 X
Total S/.300.00
% 100
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5.4 RESUMEN
En el presente plan de tesis se ha propuesto ver el punto
fsico-qumico de los relaves con lo cual se ha propuesto elestudio de aplicacin de la tecnologa de relaves espesados.
Esta tecnologa resulta de vital importancia al optar por el
espesamiento de relaves por encima de los niveles
convencionales como solucin tecnolgica ante problemas tales
como: escasa disponibilidad de agua para los procesos
metalrgicos en zonas ridas, de inestabilidad de presas por
efectos de licuefaccin de relaves, de reducidos volmenes de
almacenamiento disponibles en presas de relaves, y ante
problemas ambientales por la generacin de agua cida, entre
otros.
Con la aplicacin de esta tecnologa se pretende disminuir los
problemas medioambientales y sobretodo los problemas
sociales con las poblaciones cercanas a reas de trabajometalrgico.
5.5 CONCLUSIONES
El estudio de pre-factibilidad realizado indica que es
factible tcnicamente la instalacin de un sistema de
recuperacin de agua a partir de relaves de flotacin decobre mediante tecnologas de espesamiento, para el
caso de grandes tonelajes 100 000 t/d, cuyo concepto y
filosofa de operacin pueda aplicarse a otros casos de
plantas de tratamiento de gran minera de esta magnitud.
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Reolgicamente los relaves espesados de cobre
presentan cizallamiento yendo, por ejemplo para una
concentracin de solidos de 66%, de valores iniciales,
sin cizallar, alrededor de 150Pa a valores cercanos e
inferiores a 60Pa tras la aplicacin de cizallamiento
mecnico externo
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
GOLDER ASSOCIATES 2007 Supervisin de pruebas
piloto HCT para el desaguado de relaves de Cuajone y
pruebas de canaleta. Southern CopperCorporation.Versin Final. Toquepala,Per.
INGESITE 2009 Pagina web de IngeSite - Ingeniera y
Construccin. Consulta: 9 de Agosto de 2009.
http://ingesite.com/2009/06/29/
ITESCAM 2010 Introduccin a la reologa. Consulta: 23
de Mayo de 2010.
https://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recurs
os/r53208.DOC
KING, Donald L. 1982 Espesadores. En MULAR, Andrew
y Roshan BHAPPU (editores). Diseo de plantas de
proceso de minerales. Segunda edicin. Madrid: Editorial
Rocas y Minerales. pp. 83-126
NUEZ, Adolfo s/a Decantacin y clarificacin.
Floculantes. Ensayos. Material de enseanza.
http://ingesite.com/2009/06/29/https://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r53208.DOChttps://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r53208.DOChttps://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r53208.DOChttps://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r53208.DOChttp://ingesite.com/2009/06/29/ -
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Madrid: Universidad politcnica de Madrid, Escuela
tcnica superior de ingeniera de minas. Consulta: 10 de
Octubre 2009.http://www.minas.upm.es/catedra-
anefa/Nunez-M3/Decantacion-04-c.pdf
PROBLEMAS OBJETIVOS HIPOTESIS VARIABLES INDICADORES METODOLOGIA
El aumento en la demanda,
ha motivado al tratamiento
de depsitos con
contenidos no mayores a
0,2%, y que son factibles
econmicamente slo sison
explotados a gran escala, lo
cual, a su vez, requiere un
mayor uso de agua y genera
una mayor cantidad de
relaves como desecho.
Realizar un estudio de
recuperacin de aguas a
partir de relaves de una
planta de concentracin
de minerales en el sur del
Per.
Teniendo en cuenta el
conocimiento reolgico
agilizara el estudio de
recuperacin del agua a
niveles altos.
Dependiente:
Variable Y = Recuperacin
de agua de relaves
Independiente:
Variable X = tecnologa de
espesamiento
Variable dependiente:
Tasa de evaporacin
densidad, tensin
superficial, viscosidad
relativa, cintica de
extraccin y separacin de
fases.
Contenido de solidos de
depsito de relaves.
Se realizaron estudios
quimicos y fisico-
quimicos, diferentes
estudios reologicos.
Especficamente en la gran
minera del cobre, el agua
se emplea con intensidad
en el proceso tradicional de
concentracin por flotacin,
y en los procesos
hidrometalrgicos:
lixiviacin, extraccin por
solventes y electro-
deposicin.
Realizar un estudio acerca
de la viabilidad tcnica y
econmica para la
instalacin de un sistema
de recuperacin de agua
a partir de relaves de
cobre mediante
tecnologas de
espesamiento.
Caracterizar metalrgica
(gravedad especfica de
slidos, distribucin de
partculas, etc.) y
reolgicamente
(viscosidad y resistencia ala fluencia) los relaves
espesados de cobre en el
rango de porcentaje de
slidos en evaluacin.
A partir de datos sobre los
relaves de cobre que se
encuentran en la zona se
podr determinar el
estudio ambiental y social.
Estudio a fondo sobre la
reologa del mineral, entre
otras variables, tendr
como finalidad evaluar a
futuro los resultados sobre
la recuperacin del agua
Variable independiente:
% de Recuperacin de
agua.
Flujo y/o caudal del agua.
MATRIZ DE CONSISTENCIA
GENERAL
ESPECIFICOS
http://www.minas.upm.es/catedra-anefa/Nunez-M3/Decantacion-04-c.pdfhttp://www.minas.upm.es/catedra-anefa/Nunez-M3/Decantacion-04-c.pdfhttp://www.minas.upm.es/catedra-anefa/Nunez-M3/Decantacion-04-c.pdfhttp://www.minas.upm.es/catedra-anefa/Nunez-M3/Decantacion-04-c.pdf