UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL NORTE FACULT ACULTAD DE D E INGENIERIA INGENI ERIA Y CIENCIAS CIENC IAS GEOLOGICAS DEPART DEPARTAMENTO AMENTO DE INGENIERIA I NGENIERIA METALURGICA METALURGICA Y MINAS
Introducción La lixiviación es un proceso que se basa en la disolución de un elemento de
SENSORES DE MEDICION DE FLUJO EN PILAS DE LIXIVIACIÓN Flujómetro Control De Procesos
interés, normalmente cobre, desde algún mineral. Esto se consigue gracias a la acción de un agente lixiviante externo o suministrado directamente por el mineral en condiciones apropiadas.
Maikol Arancibia A. Michael Rojas A. Los procesos ligados a la lixiviación puede llevarse a cabo mediante diferentes Ángelo Villegas técnicas de operación seleccionadas según a factores técnicos y económicos.
Nombre Profesor: Carlos Pérez Existe una variedad de tipos de lixiviación, entre las que destaca la lixiviación en pilas, este es un proceso bastante utilizado para el tratamiento de minerales en su mayoría especies oxidadas y algunos sulfuros secundarios de y no se descansa en la tarea de abarcar los sulfuros primarios.
omo en todo proceso es fundamental contar con información operacional certera para lograr obtener los me!ores resultados posibles. posibles. En el caso de la lixiviación lixiviación en pilas, un par"metro muy importante son los flu!os involucrados en el sistema, los
métodos utilizados tradicionalmente se basaban en flu!ometros que eran buenos, pero requería de un intervalo de tiempo importante adem"s de no entregar datos tan exactos como se esperaba. #e esta esta mane manera ra nace nacen n distin distinto tos s proye proyect cto o de auto automat matiza izaci ción ón de monito monitoreo reo inal"mbrico en pilas de lixiviación, estos sistemas se basan en la instalación de equi equipo pos s de últi última ma tecn tecnol olog ogía ía que que trab traba! a!an an en líne línea, a, y que que logr logran an obte obtene ner r mediciones diarias apoyando y calibrando con los otros equipos, lo que permite abarcar m"s lugares que se requiera tener este tipo medición de flu!os. $nstrumentos de la empresa $%E&, son '( transmisores que a través de una antena, envían los datos recopilados a una central, que posteriormente se registra es la )ala de )*. La tecno tecnolog logía ía de medici medición ón de flu!o flu!o,, +lu!ó +lu!ómet metro ro )&% )&%-tr -trac ac para para proc proceso esos s indust industri riale ales s utili utiliza zan n técnic técnicas as que que permit permiten en /escu /escuc0 c0ar1 ar1 e interp interpret retar ar campo campos s acústic acústicos os producid producidos os por flu!os flu!os turbulen turbulentos. tos. %o son invasiv invasivos os y entrega entregan n una medición de flu!o con un alto grado de exactitud exactitud y reproducibilidad reproducibilidad para un amplio rango de flu!os unifases y multifases. 2rac 2racia ias s a esto estos s impl implem emen ento tos s se busc busca a elev elevar ar la efic eficie ienc ncia ia del del proc proces eso, o, consiguiendo sobre todo me!ores resultados económicos.
Lixiviación
La lixiviación 3L*4 es un proceso 0idrometalúrgico que permite obtener metales, principa principalmen lmente te cobre, cobre, desde desde mineral minerales es oxidado oxidados, s, aplican aplicando do sobre sobre éstos éstos una disol disoluci ución ón de "cido "cido sulfú sulfúric rico o y agua. agua. El proce proceso so se fund fundame amenta nta en que que los minerales oxidados son sensibles a la utilización de soluciones "cidas.
La lixiviación tiene como resultado soluciones de sulfato de cobre 3u)& 54 con conce concentr ntrac acion iones es de 0ast 0asta a 6 gramo gramos s por por litro litro deno denomin minada adas s 7L), 7L), esta estas s son son trasladadas trasladadas a estanques estanques para limpiarlas, limpiarlas, se eliminan las partículas partículas sólidas sólidas que pudieran 0aber sido arrastradas. 8na vez terminado el lavado, estas soluciones de sulfato de cobre se llevan a planta de extracción por solvente 3)*4.
Lixiviación en pilas
Es el métod método o 0idro 0idromet metalú alúrg rgico ico m"s import important ante e en la extra extracci cción ón de cobr cobre. e. El mineral que contiene el cobre, una vez c0ancado, es transportado por correas transportadoras 3donde es sometido a una primera irrigación con una solución de agua y "cido sulfúrico4 0asta un sector previamente escogido, allí es apilado, en alturas que usualmente superan los 9 metros, con "reas superficiales que van desde :.; a ;
El agente agente lixiviante lixiviante que contiene contiene = ()&5 se aplica en la superficie de la pila, utilizando utilizando un sistema de goteo o aspersores, aspersores, donde esta solución percola a través del lec0o mineral, de esta manera se disuelven los minerales de cobre, para producir una solución enriquecida de cobre o 7L), la cual es colectada en una superficie superficie inclinada e impermeable impermeable que se encuentra encuentra deba!o de la pila, pila, para ser tran transp spor orta tada da por por medi medio o de tube tuberí rías as 0ast 0asta a la poza poza de solu soluci cion ones es rica ricas, s, y posteriormente a los circuitos de extracción por solventes y electro>obtención.
El flu!o flu!o de lixivi lixiviant ante e deter determin mina a la veloc velocida idad d de trans transpor porte te de los reac reactiv tivos os y productos 0acia y desde la pila, usualmente puede variar entre ' a ?: L@m (.0 dependiendo del tamaAo de partícula y altura de la pila. 2eneralmente se optimiza la combinación flu!o específico>altura específico>altura de pila, de forma que las soluciones soluciones ricas no se diluyan.
Sensores en pilas de lixiviación
La pila pila de lixi lixivi viac ació ión n es un "rea "rea exte extens nsa a que que requ requie iere re de la pres presen enci cia a de operadores para el control y monitoreo del riego para tener información certera de las operaciones y de esta manera conseguir un funcionamiento m"s eficiente, para esto esto se util utiliz izan an apar aparat atos os de medi medici ción ón llam llamad ados os sens sensor ores es,, en este este caso caso,,
+lu!ómetros. El mercado ofrece una variedad de esto en el af"n de optimizar las operaciones industriales.
Instrumentos empresa INECO 8n e!emplo claro de esto es Binera Caldívar, que antes para poder medir los flu!os de la 7ila de Lixiviación, los operadores debían utilizar un flu!ómetro port"til, que recopilaba en dos 0oras la información de la cantidad de líquido que circulaba en los ;:9 paAos que 0ay. Lamentablemente los datos entregados por estos aparatos no eran los me!ores, debido a esto se implementó un sistema inal"mbrico, que permite optimizar los tiempos, recopilando todos los datos del flu!o en sólo cinco minutos, instrumentos provistos e instalados por la empresa $%E&.
Este sistema cuenta con '( equipos transmisores de presión diferencial y cinco equipos transmisores de p= dispersos en la pila que se encuentran separados por una distancia de 5: metros.
Estos transmisores emiten seAales inal"mbricas que son captadas por una /puerta de enlac enlaces es1, 1, en otras otras palab palabra ras s equip equipo o para para interc intercon onect ectar ar redes, redes, el cual cual est" est" conectado a un /controlador lógico programable1, 7L, éste entrega los datos del proceso vía protocolo de comunicaciones B&) D7. 2racias a este sistema se logra optimizar el control del proceso de riego de la alimentación de las pilas. #8 /ada cinco minutos vamos a tener flu!os instant"neos en la sala de control, y así vamos a poder tener una forma de controlar el proceso de lixiviación y tomar par"metros para la operación. Es una gran iniciativa que nos permite a nosotros optimizar nuestro traba!o1 tio 2"lvez, 2"lvez, operador empresa empresa )omacor.
Módulos del sistema
dividen en en ( nivel niveles, es, depend dependien iendo do del del tipo tipo de Monitoreo Monitoreo de Presiones: Presiones: )e divid monitoreo. El primer nivel, con un sensor de presión a la entrada del módulo de riego, verifica la presión regulada por la v"lvula de control de riego, es decir, $a presión real de traba!o y el segundo nivel se agrega otro sensor de presión para conocer la caída de presión debido al consumo de las líneas de emisores del módulo de riego. El control de las presiones es fundamental para saber cu"l es el caudal teórico de riego, o tasa teórica, a una presión de traba!o determinada.
Operación de válvulas: )istema que controla y opera la v"lvula de control de riego de un módulo determinado telemétricamente.
onsta ta con con un moni monito tore reo o de p=, p=, &( gase gaseos oso, o, y Varia Variable bless de proceso proceso:: ons temperatura. temperatura. #onde se utilizan sensores para estas variables ubicadas dentro del lec0o de pila. En el proceso de lixiviación la temperatura, el p= y el &( son vari variab able les s impo import rtan ante tes s de esta estarr midi midien endo do en el perf perfil il de la pila pila 3dis 3disti tint ntas as profundidades4 para conocer la din"mica del proceso de lixiviación.
taponamiento prematuro lus!in" automático: )istema de limpieza que evita un taponamiento de los dispositivos para suministrar el fluido, est" controlado por v"lvulas on@off operadas de forma telemétrica. Dodas las líneas de emisores se conectan a una tubería de drena!e, en el extremo opuesto a $a entrada del fluido. En al menos un extr extrem emo o de esta esta tube tuberí ría a se inst instal ala a una una v"lv v"lvul ula a on@o on@off ff para para lava lavarr la líne línea a autom"ticamente cuando el fluido trae muc0os sólidos.
Nivel #reático: Es importante conocer el nivel fre"tico de la pila en el proceso de riego y lixiviación, ya que un nivel fre"tico alto en la zona afectada, detiene la reacción química que se desea y también aumenta el riesgo de rotura mec"nica de la pila. Esta variable es monitoreada con un instrumento que mide el contenido de fluido a distintas profundidades.
Caudal: El caudal ser" medido por un caudalímetro en cada sector de riego, permitiendo así determinar el caudal real y acumulado del módulo de riego.
Monitoreo $ control de operación en las pilas de lixiviación La solución a los problemas que se tienen específicamente en la minera Caldivar, debido a que traba!an con flu!ometros 3manualmente4 por esto se implementó equi equipo pos s que que ayud ayudan an prin princi cipa palm lmen ente te en esto estos s defe defect ctos os,, se cuen cuenta ta con con los los siguientes equiposF Dransmisores Dransmisores de presión diferencialF diferencialF )u aplicación aplicación es para medir específicamente específicamente el cauda caudal, l, presi presión ón,, inter interfas fase e y dens densida idad d que que ocurre ocurre al interi interior or de las las pilas pilas de lixiviación, adem"s que esta ópera a temperaturas altas y ba!as. Estos equipos también se aplican en procesos corrosivos, viscosos y o algún procesos que provoque taponamiento. Las venta!as que tienen estos equipos sonF • • •
consigue la mayor fiabilidad del sistema con sistemas totalmente soldados. Las configuraciones inal"mbricas proporcionan acceso a datos nuevos. )e conectan a casi cualquier proceso con una completa gama de conexiones a proc proces eso, o, flui fluido dos s de llen llenad ado, o, mont monta! a!e e dire direct cto o o cone conexi xion ones es capi capila lare res s y materiales.
Dran Dransm smis isor ores es de p=F p=F Dransm ansmis isor or dise diseAa Aado do para para la moni monito tori riza zaci ción ón de los los procedimientos procedimientos industriales, industriales, aplicaciones de medida y control. )u aplicación se da principalmente en la determinación de p= y@o redox en instalaciones industriales, como también para medición de temperaturas. )us características principales sonF
•
ompensación autom"tica de la temperatura. 2ran 2ran pant pantal alla la L# L# dual dual para para una una f"c f"cil lect lectur ura a con con múlt múltip iple les s y clar claros os
•
indicadores, estado de alarma, mensa!es de funcionamiento y de error. Bemoria Bemoria de segurid seguridad ad integra integrada da para asegurar asegurar que la calibra calibración ción u otras otras
•
informaciones no se borren si falla el suministro eléctrico. 7rotección contra interferencias electromagnéticas.
•
Sistema La tubería de distribución 3;;4 y a partir de $a union con $a tubería principal 3;:4, se pres presen enta tan n en orde orden n desc descen ende dent nte e segú según n el sent sentid ido o de flu! flu!o o los los sigu siguie ient ntes es instrumentosF $a v"lvula de control de riego 364, un caudalímetro 3'4 que puede ser por e!emplo de tipo ultrasónico, un sensor de presión primario 3;4 para medir $a presión de entrada del fluido al módulo, y un sensor de presión secundario 3(4 que se dispone próximo al extremo ciego de $a tubería. on $o cual los módulos de &peración de v"lvulas, audal, y Bonitoreo de presiones tienen dispuestos sus sensores y actuadores.
Las líneas de emisores 3;(4 se extienden por sobre $a superficie de $a pila, entre $a tubería de distribución 3;;4 3;;4 y $a tubería de drena!e 3;54. 8na pluralidad de goteros 3;?4 instalados en cada una de estas líneas permitiendo surtir el fluido. #onde $a distancia entre líneas de emisores 3;(4 y entre los goteros 3;?4 en una misma línea depender" del diseAo 0idr"ulico del sistema.
La tubería de drena!e 3;54 cuenta con una v"lvula &%@&++ 354. En otros diseAos podría incluirse una segunda v"lvula &%@&++ en el extremo taponado. onectado preferentemente en by>pass a una línea de emisores 3;(4 se ubica el sensor de turbiedad 3?4, que !unto a $a v"lvula &%@&++ 354 son integrantes del módulo de +lus0ing autom"tico.
El módulo de Gariables de proceso cuenta con un dispositivo 3H4 >dispositivo con una una plur plural alid idad ad de sens sensor ores es para para el moni monito tore reo o de las las vari variab able les s p=, p=, & (, y Demperatura 3D a4>. La cantidad y ubicación de dispositivos de este tipo en $a pila depender" del nivel de monitoreo deseado, sin embargo sería extraAo contar con uno por cada módulo como se presenta en este e!emplo.
El monitoreo de ontenido de fluido en $a pila y del %ivel fre"tico se realiza con senso sensores res que que dispo disponen nen de eleme element ntos os para para $a medici medición ón de $a resist resistiv ivida idad d de terreno intervalos establecidos dentro de un tubo que los alo!a. #e éste modo
entregan datos para distintos niveles de $a pila. En $a +igura ; se dispone de un sensor que incorpora un sensor de ontenido de fluido en $a pila 394 y un sensor de %ivel fre"tico 3I4 gracias a que registra varios niveles dentro de los primeros ': cm desde $a superficie, y de forma m"s espaciada registra niveles 0asta $a base de $a pila. La cantidad y ubicación de dispositivos de este tipo en $a pila depender" del nivel de monitoreo deseado, sin embargo sería extraAo contar con uno por cada módulo.
La ante antena na repeti repetido dora ra 3;'4 3;'4 se ubica ubica adosad adosada a a una una porc porción ión de $a tuberí tubería a de distribución Este sistema nos permite •
segurar segurar el cumplimiento cumplimiento del del programa programa de lixiviación lixiviación tal y como como fue diseAado, en tiempos y tasas de riego, para maximizar la recuperación.
•
Llevar el control de la gestión a través de reportes y alertas tempranas de desviaciones.
•
lmacenar lmacenar en una una base de de datos el 0istorial 0istorial de la operación operación para su su posterior an"lisis.
•
ontar con versatilidad y adaptabilidad a todo tipo de operación, protocolos de riego e incluso pruebas.
•
$ncorporar tecnología de punta para un control autom"tico inteligente con la precisión necesaria para el proceso.
•
portar portar a la seguridad seguridad de de la operación, operación, disminuyendo disminuyendo al mínimo mínimo la presencia del operador en la pila.
Figura 1: representación esquemática de los componentes
La %ecnolo"&a del lu'ómetro SON()trac* SON ()trac* La tecnología de medición de flu!o )&%-trac representa una nueva clase de flu!ómet flu!ómetros ros para para proceso procesos s industri industriales ales,, y usa principi principios os de medición medición que son dist distin into tos s de toda todas s las las tecn tecnol olog ogía ías s usad usadas as por por flu! flu!óm ómet etro ros s exis existe tent ntes es.. Los Los flu!ómet flu!ómetros ros )&%-t )&%-trac rac de i#- i#- utilizan utilizan técnicas técnicas patenta patentadas das que permite permiten n /escuc0ar1 e interpretar campos acústicos producidos por flu!os turbulentos. La familia de flu!ómetros )&%-trac no>invasivos provee una medición de flu!o muy robusta con un alto grado de exactitud exactitud y reproducibilidad reproducibilidad para un amplio rango de flu!os unifases y multifases. Los flu!ómetros )&%-trac son del diseAo /clamp>on1 que que se inst instal ala a en tube tuberí rías as exis existe tent ntes es de vari varios os proc proces esos os indu indust stri rial ales es,, así así eliminando la interrupción en el proceso que ocurre con la instalación de otros tipos de flu!ómetros.
Cómo uncionan los lu'ómetros del %ipo Sonar El procesamiento de flu!o sonar emplea dos distintas pero sinérgicas técnicas de medición. La primera técnica mide la velocidad de los vórtices turbulentos en el flu!o para determinar la velocidad del flu!o volumétrico. La segunda técnica mide la velocidad a la cual el sonido se propaga a través del fluido para proporcionar información sobre la composición del mismo.
lu'o Volum+trico Los flu!os turbulentos en tubería son altamente comple!os. La predicción de los detal detalle les s de cualq cualquie uierr flu!o flu!o turb turbule ulento nto es uno uno de los gran grandes des prob problem lemas as de la naturaleza que todavía est" sin resolver. )in embargo, muc0o se sabe sobre las características características estadísticas estadísticas de tal flu!o. Los flu!os turbulentos en tubería contienen contienen vórtices vórtices que son co0ere co0erentes ntes y normalme normalmente nte llamado llamados s /vórtic /vórtices es turbulen turbulentos1 tos1.. Estos1vórtices turbulentos1 se mantienen co0erentes durante varios di"metros de la tuberí tubería, a, a medid medida a que que via!a via!an n con con el flu!o flu!o,, disolv disolvié iéndo ndose se en vórt vórtice ices s m"s pequeAos 0asta que se disipa su energía.
Los flu!ómet flu!ómetros ros )&%-t )&%-trac rac usan usan un enfoque enfoque patentad patentado, o, basado basado en técnicas técnicas establecidas en el procesamiento de seAales de arreglos sonares, para medir la velocidad a la cual los vórtices turbulentos via!an por el arreglo de sensores. Los flu!ómetros )&%-trac escuc0an a los campos de presión relacionados con el movimiento de los vórtices, y de esta manera se determinan la velocidad a la cual via!an por el arreglo de sensores. sensores. El flu!o volumétrico es determinado usando un proce proceso so de calib calibra ració ción n basa basado do el númer número o -eyno -eynolds lds,, el cual cual relac relacion iona a la velocidad de las estructuras turbulentas y co0erentes al flu!o volumétrico. Bedición de omposición
Los Los flu!óm flu!ómetr etros os )&% )&%-tr -trac ac ofre ofrecen cen la capaci capacida dad d adici adicion onal al de propo proporci rcion onar ar información sobre la composición de los flu!os unifases y multifases gracias a la detección de la velocidad de sonido en la tubería. Este enfoque tiene muc0a sinergia con la técnica de medición de flu!o volumétrico porque la velocidad de sonido y la fracción de fase normalmente usan el mismo 0ardJare que se utiliza para para la medici medición ón de flu!o flu!o volu volumét métric rico. o. 7or 7or e!emp e!emplo, lo, en una una mezcl mezcla a de dos dos componentes, con el conocimiento de la densidad y de la velocidad del sonido en los dos componentes, la velocidad de sonido puede ser utilizada para determinar la fracción volumétrica de los dos componentes. La medición de velocidad de sonido puede ser utilizada para una amplia variedad de aplicaciones, tales comoF
aire arrastrado en pulpa de papel, pulpa de polímero, la cantidad de agua en vapor satur saturado ado,, la fracc fracción ión de petró petróle leo@a o@agua gua en la prod producc ucción ión de petró petróleo leo y gas, gas, y determinación de la masa de partículas arrastradas en aire. Esta combinación de medición de flu!o volumétrico y composición del flu!o provee al operador un nuevo nivel de conocimiento sobre el proceso industrial. plicaciones plicaciones
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7rocesamiento de renas sf"lticas 7rocesamiento de Binerales 2eneración de Energía Bane!o de Kuímicos 7ulpa y 7apel 7roductos de onsumo Dratamiento de guas y de guas -esiduales
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!ttp://0001"oo"le1com/patents/2O344567896(3;cl>4#b>58#d>7b4a#794>bda6ca68 !ttp://0001ineco1cl/detalle=novedades1p!p;id<83
