PLAN DE TESIS DE RELAVES ESPESADOS.docx

8/10/2019 PLAN DE TESIS DE RELAVES ESPESADOS.docx

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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
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.j


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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


29/47

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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31/47

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.


32/47

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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34/47

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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38/47

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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42/47

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/


47/47

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

Documents

PLAN DE TESIS DE RELAVES ESPESADOS.docx