Influence of geometallurgical properties on tailings consolidation

Juan Rayo, Pamela Garrido, Irene Aracena, María T. Zandarín

Introducción Para diseñar los depósitos de relaves de manera efectiva es necesario determinar:

• La velocidad de su crecimiento para definir las etapas de inversiones en

construcción de muros, la que depende de la densidad del relave depositado.

• El balance de aguas para manejo de laguna y make up de agua para la planta de proceso, los que dependen fundamentalmente del agua intersticial contenida por los relaves.

• La permeabilidad de los relaves para comprobar la impermeabilización de la cubeta, lo que evita realizar inversiones en obras de contención de infiltración de aguas y agiliza trámites ambientales. El grado de impermeabilización depende de la conductividad hidráulica de los relaves.

Motivación de JRI y del Centro de Investigación

• Simular a escala de laboratorio el vertido y la consolidación por peso propio de relaves para determinar los parámetros que se utilizan en el cálculo de balance de agua (relación de vacíos inicial, su evolución con el crecimiento del depósito y la humedad residual) y en los modelos de infiltración (conductividad hidráulica).

• Relacionar los parámetros con la mineralogía y distribución granulométrica de los relaves.

Emprendimiento

• Diseñar un equipo para simular en laboratorio el comportamiento de cualquier relavera con presión de confinamiento de hasta 200m de columna de relave depositado.

Equipamiento

Edómetro de gran tamaño y alta presión. Probeta de 15cm de diámetro y 30cm de alto. Presión máxima 4 MPa, controlada por manómetro. Medición de agua drenada. Medición de permeabilidad mediante el método de carga variable. Toma de muestras de pulpas en el interior de la probeta desde puntos de muestreo.

Procedimiento de Ensayo

Carguío probeta

Aplicación carga

Estabilizado el paso de carga se puede:

La muestra de pulpa se acondiciona al Cp que se realizará el ensayo, se homogeniza y se carga en la probeta por vertido (volumen) 42 [L] de pulpa.

La deformación se mide con un sensor láser y agua exudada se mide con una balanza. Ambos registros se graban automáticamente en un ordenador.

Registro de deformación de la probeta y agua exudada en

cada paso de carga

La carga se aplica por etapas mediante un sistema hidráulico el que puede alcanzar una presión de 4 MPa.

Estabilizado el paso de carga se puede:

Medir Conductividad Hidráulica del Relave

Medir Humedad Residual del Relave

Tomar muestras durante el desmonte de la probeta y realizar

granulometría para analizar la segregación de partículas

Registro del Agua sobrenadante

Procedimiento de Ensayo

Aplicación: Diseño Relavera Convencional

• Depósito convencional de 150 metros de altura

• Relaves de Cobre.

• Faena con escasez de agua para su proceso.

• Objetivo: Determinar relación de vacíos (Volumen de vacíos/Volumen de sólido) inicial y su evolución en relaves y lamas para verificar balance de agua y velocidad de crecimiento del tranque.

Comparación del comportamiento entre RR y Lamas de la misma UG

DIFRACCIÓN RAYOS X Parámetro TT-2

(Relave Rougher)

TT-3 (Lamas)

Densidad sólido[kN/m3] 25.6 26.6

D80[m] 150 29

D50[m] 49 9

D10[m] 4 3

Bajo malla 200 [%] 58 95

Cp [%] 52 33

Tensión de fluencia [Pa] 13 5

Viscosidad [mPa s] 25 14

Velocidad de sedimentación [cm/min] 1.44x10-3 3.25x10-3

Especie Relave Rougher [%] Lamas [%]

Albita 3.68 3.00

Alunita 4.14 1.83

Caolinita 21.14 28.33

Muscovita/Illita 29.40 27.94

Feldespato Potásico 4.84 10.29

Pirita 0.75 0.78

Cuarzo 34.54 26.70

Rutilo 0.41 0.34

Siderita 0.60 -

Titanita 0.5 0.78 Tam

iz #

4 (

Are

nas

)

Tam

iz #

20

0 (

Fin

os)

<2

m

Resultados ensayos consolidación

Evolución relación de vacíos con la presión Evolución densidad seca

El comportamiento de los relaves rougher y/o totales versus las lamas de clasificación por ciclones es muy diferente.

Volumen de agua intersticial

Los volúmenes de agua intersticial inicial de las lamas son elevados, lo que implicaría una alta velocidad de crecimiento del depósito de relaves al inicio de su operación y el requerimiento de una revancha inicial conservadora.

Humedad Retenida

Muestra Relave Rougher [%]

Lamas [%]

Humedad Inicial de la probeta

87.6 146.3

Humedad retenida (Muestra punto D)

54 (25 bar) 100 (35 bar)

Se calculó la humedad inicial de las probetas y la humedad retenida al finalizar el ensayo de consolidación como la relación entre la masa de agua y la masa de sólido.

Conclusiones Relaves Convencionales

• La velocidad de crecimiento de las relaveras convencionales depende de la densidad de depositación del relave en la cubeta, la que queda definida por el volumen de intersticios (vacíos) y el volumen de agua retenido en ellos.

• Los altos valores de relación vacíos iniciales implican altos volúmenes de agua intersticial iniciales. Lo que impacta en la velocidad de crecimiento del depósito, en el balance de aguas del tranque y en el volumen de make up de agua de la planta concentradora.

• El tamaño de los intersticios depende de la distribución del tamaño de partículas de los relaves. Mayor contenido de finos implica más agua retenida.

• A su vez el tamaño de las partículas y los minerales de arcilla influyen en la conductividad hidráulica de los relaves lo que impacta en la velocidad de consolidación por peso propio de los relaves.

• La baja conductividad hidráulica también implica altos valores de humedad residual en los relaves aunque estos estén sometidos a presiones altas, lo que está asociado a los minerales de arcillas capaces de adsorber las moléculas de agua.

Aplicación: Relaves Pasta • Depósito de Pastas de 35

metros de altura.

• Relaves de Cobre.

• Objetivo: Medir la permeabilidad de los relaves para demostrar que los relaves impermeabilizarán la cubeta, evitando la contaminación del subsuelo con aguas contactadas.

Caracterización de los Relaves Parámetro TT-4

Densidad sólido[kN/m3] 27.1

D80[m] 63.8

D50[m] 27.9

D10[m] 3.1

Bajo malla 200 [%] 86

Cp [%] 72.1

Tensión de fluencia [Pa] 106

Viscosidad [mPa s] 58

Velocidad de sedimentación [cm/min]

9x10-5

Límite Líquido [%] 18

Índice de Plasticidad [%] 3

Clasificación USC ML (Limo inorgánico con

arenas muy finas)

Tam

iz #

4 (

Are

nas

)

Tam

iz #

20

0 (

Fin

os)

<2

m

Especie [%]

Calcita 74.6

Cuarzo 4.9

Feldespato Potásico 8.5

Plagioclasa 4.4

Clorita 3.6

Muzcovita/Illita 3.9

Consolidación y Evolución de la Permeabilidad

Prof. 34.5m

Prof. 7.5m

Consolidación y Evolución de la Permeabilidad

Prof. 34.5m

Prof. 7.5m

Medida de Humedad y Distribución Granulométrica al final del ensayo

Muestra Relave [%]

Inicio del Ensayo 38.7

Final del ensayo (valor promedio) 20.5 (6 bar)

Muestra A Muestra D

No se detecta segregación de partículas

Conclusiones Relaves en Pasta

• Las medidas de permeabilidad realizadas indican que los relaves no segregados tienen drenaje bajo y son prácticamente impermeable, esto se debe a que el 86% del tamaño de partículas es menor a 75 m.

• También se pudo comprobar que no existió segregación de partículas durante el montaje y la consolidación de la probeta.

Conclusiones finales

• Las propiedades y comportamiento de los relaves de cobre dependen de los minerales de la ganga como de la presión de confinamiento.

• La presencia de minerales de arcilla, influyen negativamente en la velocidad de crecimiento y balance de agua de los tranques.

• Es necesario estudiar caso a caso las propiedades geometalúrgicas y geotécnicas de los relaves en forma simultánea, ya que adoptar sólo parámetros de benchmarking puede ocasionar errores en los diseños y en la estimación de los costos inversionales y operacionales.