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“ Balance de masa Planta de mol ibdeno

y modelo de con tro l cont inuo de viruta

(CCV) ”

Practicante:

Ernesto Eduardo Ballesteros R.

Fecha: 29/04/2016

Ing. Civil en metalurgiaextractiva


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Contenido

1) Información de la empresa………………………………………………….3

2) Organización general de la empresa……………………………………...6

3) Planta de Molibdeno “El teniente”…………………………………………..8

4) Problemas Presentados …………………………………………………….11

5) Soluciones desarrolladas……………………………………………………12

6) Conclusiones………………………………………………………………….18


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1) Información de la empresa

Generalidades de la empresa:

La práctica en cuestión fue llevada a cabo en la minera nacional Codelco División El

Teniente, la que se encuentra ubicada a ochenta kilómetros al sur de Santiago ycincuenta de la ciudad de Rancagua, en la comuna de Machalí. La mina se componede más de 3000 km de galerías subterráneas, por lo que se considera la minasubterránea de cobre más grande del mundo. Para acceder se debe tomar una rutapredeterminada llamada la carretera el cobre, la cual fue construida en 1960 parafacilitar el transporte del personal.

Actualmente la empresa cuenta con una dotación aproximada de 4900 trabajadores

contratados de manera directa, los cuales desarrollan los diferentes cargos requeridosen la empresa.

Ilustración 1: “Planta Colon bajo, el Teniente”


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A continuación se expone un organigrama de las principales autoridades quetrabajan actualmente en la minera, cada una separada por función especifica delárea en el cual se desarrollan.

Adentrándonos en la parte más técnica, los principales productos que produce ElTeniente son los siguientes:

Ánodos de Cobre.

Concentrados de Molibdeno. Ácido sulfúrico.

En 2015 se registró una producción de 471.157 toneladas métricas de cobre fino ytambién un aproximado de 8000 toneladas métricas de concentrado de molibdeno. Laproducción de ambos productos será influenciada positivamente por el nuevo

proyecto que se implementará en un futuro no muy lejano, llamado “Nuevo nivelmina (NNM)”.

Dicho proyecto se implementara totalmente en 2020 y consiste en ampliar la mina ElTeniente en un sector más profundo del cerro, sumando una nueva superficie de 2millones 050 mil metros cuadrados y asegurando la continuidad operacional de laDivisión El Teniente.

Ilustración 2: “Organigrama institucional, CODELCO división El Teniente”


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El proyecto NNM suma 2.020 millones de toneladas de reservas, con una ley media decobre de 0,86% y una ley media de molibdeno de 0,022%, que se traducen –en unperíodo de más de 50 años de operación contados desde el año 2018- en más de 17millones de toneladas de cobre fino.

Nuevo Nivel Mina permitirá mantener la capacidad de El Teniente en las actuales137.000 toneladas por día (tpd), que equivalen a una producción en régimen en torno a434.000 toneladas de cobre fino al año. Y deja abierta la opción, hacia el año 2020, detomar la decisión de iniciar las obras necesarias para poder llegar a producir 180.000tpd.

Ilustración 3: “Mapa estructural, Nuevo nivel mina.”


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2) Organización general de la empresa

Tras la extracción del mineral en el interior mina y debido a su grandes dimensiones

es que se realiza la primera reducción de tamaño que consta de chancadores ymartillos picadores. El mineral extraído desde los niveles Teniente 3 y Teniente 4 estraspasado por medio de piques a niveles inferiores hasta llegar al ferrocarril principalde Teniente 5, el cual lleva el mineral hasta Punta de Rieles en Sewell. Los nivelesproductivos ubicados debajo de la cota del Teniente 4 traspasan el mineral hasta elferrocarril del nivel Teniente 8, el cual descarga en los chancadores ubicados en Colón.

Luego de la extracción y primera reducción de tamaño en el interior mina y surespectivo transporte en ferrocarriles tanto a Sewell como Colon, se da paso a laprimera etapa de conminución, que se lleva a cabo en los dos sectores mencionado(Sewell y Colon). En Sewell el mineral pasa por los procesos de Chancado primario

(Chancadores de Mandíbula) y secundario (Chancadores de Cono), para luego darpaso a molienda primaria y secundaria.

Por otra parte en la Planta de Molienda Colón se considera dos procesos, un procesode molienda semi autógena (SAG), y un proceso tradicional de chancado secundarioterciario con molienda unitaria.

La planta SAG contempla dos líneas de chancado primario y dos líneas de moliendaSAG. El proceso tradicional contempla una planta de chancado secundario –terciariocon tres chancadores secundario y seis terciarios más una etapa centralizada deharneado y una planta de molienda convencional de 12 molinos unitarios.

El producto de los molinos es enviado a las planta de flotación tanto de Cobre comoMolibdeno, en donde se obtienen concentrado de Cobre y Molibdeno respectivamente,el concentrado de Cobre y la cola de flotación rougher de molibdeno son enviados a laplanta de filtrado de Caletones, cuyo producto con un bajo porcentaje de humedadesenviado a fundición ubicada en la misma planta.

El concentrado de molibdenita obtenido en flotación, es filtrado y envasado para luegoser comercializado.

Por otra parte los relaves son enviados por medio de una canaleta hasta el TranqueCarén, en la provincia de Melipilla, donde se depositan hidráulicamente y se recuperanlas aguas claras y se reduce la cantidad de molibdeno en la planta de abatimiento demolibdeno.

El concentrado de Cobre húmedo que llega a Caletones es sometido a fundición,proceso pirometalúrgico que aumenta gradualmente la ley de Cobre y consta de tresetapas consecutivas: Fusión, Conversión y Refinación.


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Así se logra que la pureza inicial de 30% a 40% contenida inicialmente en elconcentrado, se incremente progresivamente hasta 99,5% en el ánodo.

Para luego dar paso a la electrorefinación en donde se obtienen cátodos de Cobre dealta pureza.

A continuación se adjunta un diagrama de las principales operaciones que se realizanen teniente para tratar el Cobre extraído.

Ilustración 4: “Diagrama generalizado, mina El Teniente.”


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3)Planta de Molibdeno “El teniente”

El Teniente comenzó la extracción de concentrados de molibdeno en el año

1939 (Campamento Sewell), lo que lo convierte en el productor más antiguo de América del Sur, y tercera mina en el mundo en producir molibdeno desde mineralesde cobre de baja ley.

En la década de los 70, se instala una nueva planta en el área de Coló bajo. En elaño 2005, se cambia la mayor parte del equipamiento de celdas de la planta demolibdeno.

En la actualidad la Planta esta comandada por el Jefe de Unidad Hugo AcevedoIngeniero civil metalúrgico de la Universidad de Concepción, además tenemos a los

jefes de turno que vigilan que el proceso de flotación se cumpla bajo los estándares

correspondientes en la sala de control y además en terreno están los operariosexpertos, capacitados para resolver cualquier tipo de eventualidades que sepresenten en la planta. Y por último y no menos importante los operarios que seinstalan en cada una de las estaciones designadas por el jefe de turno.

La Planta Molibdeno procesa aproximadamente 4.800 toneladas por día (TPD)de concentrados colectivos, provenientes de las columnas de cobre con leyesaproximadas de Cu, entre 28% y 33% y Mo entre 0.3% y 0.7%.

Los procesos aplicados en esta planta son descritos a continuación en formacronológica desde que el concentrado de baja ley ingresa a los espesadores en laparte exterior de la Planta:

A) Espesamiento y acondicionamiento de concentrado

El flujo de concentrado provenientes de Sewell y molienda Colon esalmacenado en los espesadores P4 y P5, donde envían la carga alestanque TK-01(titanic), donde se agrega Kerosene (entre 1500 y 1600cc/min) y ácido sulfúrico que regula el PH entre 9 y 9.5 (Entre 10 y 12m3/hr).Es de vital importancia mantener este PH en la operación ya que unaumento significa la no flotación de la molibdenita y una disminuciónimplica la formación del temido Ácido sulfhídrico (H2S), que puedeprovocar la muerte.Luego de Agregado dichos reactivos la carga pasa al “Mezclador”,

donde se homogeniza la carga con un corto tiempo de residencia yademás se termina de agregar los restantes reactivos (Tiofo y NaSH).


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B) Flotación ROUGHER y primera limpieza

La carga ya lista y preparada con los reactivos es enviado al tanquedistribuidor rougher en donde se vuelve a medir PH y realiza ladistribución de flujo a las 6 celdas de flotación, organizada en tresbancos en donde se flota con Nitrógeno (N2), para así no oxidar losreactivos y se utiliza CO2, como regulador de PH en dicha operación.El concentrado obtenido es enviado al tanque distribuidor de primeralimpieza y la cola se envía al estanque P5, donde es espesado yenviado a la planta de filtros Caletones.

En el tanque distribuidor de primera limpieza se vuelve a regularPH y se adicionan nuevamente reactivos, para optimizar la flotación yademás cumple la función de distribuir el caudal a los 2 bancos quecuentan con 3 celdas de flotación. El concentrado pasa al estanqueespesador P2 y la cola se devuelve a la flotación rougher.

C) Limpiezas 2,3, 4 y 5.

La carga que alimenta al banco de 3 celdas de la segunda limpiezaproviene del estanque espesador P2 en donde se regula el PH y seadicionan reactivos de flotación nuevamente para mantener el nivelóptimo de flotación, en donde el concentrado para a la terceralimpieza y la cola se devuelve a la flotación rougher.

La tercera y cuarta limpieza consta de celdas unitarias de flotación endonde el concentrado obtenido pasa a la quinta y última limpieza y

su cola se devuelve al estanque P2. La quinta Limpieza es a contracorriente y su concentrado alimenta el

estanque espesador P8 y su cola se devuelve a la cuarta limpieza.

D) Lixiviación de Fosforo, filtrado y envasado.

El estanque espesador P8 alimenta los estanque de lixiviación defosforo, que se considera como contaminante en el concentradoobtenido final, por lo que se elimina a un PH de 1,5 y 1,6.

El concentrado reducido en fosforo ya está listo para ser filtrado y

secado, en donde se utiliza un filtro de prensa Batch (membranas) y seobtiene el concentrado final que posee un 45 % de molibdenopromedio y un 10 u 8% de humedad.

El concentrado es envasado en MAXI-SACOS que pesan un promediode 1300 kilogramos.


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El detalle de las actividades que dan origen al proceso se describen acontinuación en la ilustración 5:

Ilustración 5: “Diagrama generalizado, Proceso de concentración de

”


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4) Problemas Presentados

Al tener la primera reunión con el Jefe de unidad, se menciono que tras las

modificaciones realizadas al proceso en 2008 y 2009 (cambio de colector y atmosferainerte en las celdas por parte del Nitrógeno), no se realiza un balance de masa total dela planta.

Por otra parte también fue mencionado el problema relacionado a la presencia de“Viruta” en la carga circulante de toda la planta y también en los concentrados finales.

La Viruta es un contaminante de carga (concentrado de molibdeno), que estácompuesto principalmente de plásticos provenientes de los explosivos de interior minay además de residuos de todo tipo (siempre plásticos), que no son desintegrados en su

totalidad por la fase de molienda, ya sea en Colon o Sewell.

El Problema asociado a la viruta es particular de la planta de molibdeno, puesto queen grandes cantidades dentro de las cañerías genera obstaculización de la carga,generando taponeo de las cañerías y mal funcionamiento de las bombas. En otrasplantas como la de flotación de cobre, este problema no se hace presente debido alas dimensiones de las cañerías y bombas.

Ilustración 6: “Viruta plástica seca”.


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Resumiendo las tareas designadas en mi estadía en la planta de molibdeno son:

Balance de masa general a la planta.

Sistema para eliminar o mitigar viruta presente en la carga.

5) Soluciones desarrolladas

5.a) Balance de Masa Planta de Molibdeno

Para nuestra primera tarea designada se trabajó en conjunto al departamento demetalurgia de Colon bajo, ya que se debió testear los flujos de cada estación por laque pasaba la carga desde que entra al proceso en los espesadores hasta quesale de la quinta limpieza. Se obtuvieron leyes y porcentajes de solidos, los cuales nofueron muy participes del balance al poseer una variación significativa respecto a losobtenidos, turno a turno.

Las leyes obtenidas fueron las siguientes:

Muestras de flujo: Proceso planta de molibdeno

F1: Alimentación P1 a Torre 1F2: Alimentación P4 a Torre 1 F3: Alimentación total Torre 1F4: Alimentación de Torre 1 a Rougher.

F6: Concentrado Rougher. F7: Alimentación Primera limpieza. F8: concentrado Primera limpieza. F9: Cola primera limpieza a P4. F10: Cola Rougher, alimentación P5. F11: Flujo a Caletones (concentrado de cobre) F13: Alimentación P2 a Segunda limpieza. F14: Cola Segunda limpieza. F15: Concentrado Segunda limpieza. F16: Alimentación Tercera limpieza. F17: Cola Tercera limpieza. F18: Concentrado Segunda limpieza. F19: Alimentación Cuarta limpieza. F20: Cola Cuarta limpieza. F21: Concentrado Cuarta limpieza. F22: Cola Quinta Limpieza F23: Concentrado Quinta limpieza.

Ilustración 6: “Detalle muestras obtenidas.”


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Los resultados otorgados por el laboratorio se detallan en la siguiente Tabla:

LEYES

Flujo Cu Total (%) Mo-total (%) Fe-total (%) Insoluble (%) %solidosF1 29.1 0.527 22.4 11.4 61.51

F2 26.8 0.393 25.3 10.1 55.6

F3 28.5 0.602 23.4 10.7 0F4 28.5 0.602 23.4 10.7 54.359F6 27.7 1.047 22.4 11.3 57.69F7 28 1.13 22.3 11.5 56F8 24.7 5.26 19.5 12.1 32.97F9 28.4 0.511 23.1 11 41

F10 28.4 0.511 23.1 11 60.99F11

28.6 0.119 25.6 9.1 72.2F13 22.8 6.17 18.1 14.5 23.46F14 27 1.305 21.5 11.9 20.4F15 16.9 12.4 13.6 16.8 22F16 15.5 15.2 12.2 17.6 28.48F17 18.4 9.6 14.4 17.7 22.08F18 5.68 40.16 4.5 7.7 26.89F19 4.26 44.70 3.53 5.09 23.9F20 7.7 33.62 6.4 11.5 28.82F21 3.48 47 2.9 4.1 25.78

F22 16 17.8 13.7 10 10.31F23 2.8 48 2.3 3.5 30.57

Los principales impedimentos que se encontraron en la resolución del proceso era lafalta de flujos, para así obtener un cálculo más exacto de lo que está pasando por laplanta en aquel instante, cabe recalcar que los únicos flujos reales que se tienen y soncorroborables con el balance obtenido son los de cola de flotación Rougher quecomprende la alimentación del espesador P5, que da paso a la alimentación de laplanta de filtro en Caletones y además de la alimentación a la flotación rougher por losflujos combinados de los espesadores P1y P4.

Tabla 1: “Leyes de laboratorio.”


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Obteniéndose un error del 2,6% en el ajuste los resultados obtenidos en el balance demasa es el siguiente:

Balance de Masa "Planta Molibdeno"

FlujoCaudal(m3/hr) Densidad (grs/lt) Masa pulpa(kg/hr) Masa pulpa (TH) %solidos

Masa solidos(TH)

F1 342.50 1538.2 526833.5 526.83 61.51 324.06

F2 325.10 1476.8 480107.7 480.11 55.6 266.94

F3 643.41 1565 1006941.2 1006.94 58.69212 591.00

F4 604.34 1799 1087207.6 1087.21 54.359 591.00

F6 376.77 1810 681953.3 681.95 57.69 393.42

F7 597.39 1323 790350.3 790.35 56 442.60

F8 488.70 1248.6 610191.3 610.19 32.97 201.18

F9 433.43 1358.5 588819.8 588.82 41 241.42

F10 217.42 1490 323948.7 323.95 60.99 197.58

F11 134.35 2036.8 273651.4 273.65 72.2 197.58

F13 895.85 1211.2 1085057.1 1085.06 23.46 254.55

F14 205.32 1174.1 241065.5 241.07 20.4 49.18

F15 802.62 1163.1 933532.0 933.53 22 205.38

F16 678.99 1223.50 830744.9 830.74 28.48 236.60

F17 205.29 1177.5 241731.5 241.73 22.08 53.37

F18 545.36 1249.4 681375.3 681.38 26.89 183.22

F19 627.30 1325.20 831295.9 831.30 23.9 198.68F20 84.47 1282.4 108324.4 108.32 28.82 31.22

F21 523.05 1241.9 649575.8 649.58 25.78 167.46

F22 95.01 1578.1 149931.2 149.93 10.31 15.46

F23 381.87 1302.1 497228.4 497.23 30.57 152.00

Los resultados obtenidos fueron revisados y aprobados por el jefe de unidad eingeniero a cargo del proceso. Los cuales ayudaron de manera sustancial a determinarlas cañerías y celdas más afectadas al comparar sus volúmenes iniciales de fábrica.Todas ellas afectadas por la ya mencionada “viruta”. También ayudo a corroborar los

resultados que obtienen los operarios en cada turno en cuanto a producción.

Tabla 2: “Balance de masa planta moly.”


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5.b) Mitigación o eliminación de contaminantes (“Viruta”)

Debido al corto tiempo en que se desarrolla la práctica (2 meses) y además elpresupuesto limitado con que se contaba por parte de la planta, se ideo un sistemade filtro continuo y lavable, para así retener la mayor cantidad de viruta posible.

El por qué se da tanto énfasis a la captación de dicho material es debido a que causadaños y oclusiones en bobas, celdas de flotación, cañerías de proceso, genera unacostra en la superficie de los espesadores y absorbe un 53.6% de su peso enconcentrado del cual un 22.8% es molibdenita. Generando pérdidas sustanciales deproducto final.

Para captar la viruta se buscaron diferentes zonas en donde se pudiera trabajar demanera más expedita y existiera el mayor flujo posible de concentrado y se obtuvierala mayor cantidad de viruta en el concentrado. Por lo que se realizaros 4 muestreosde concentrado virgen proveniente desde las diferentes estaciones de la planta y se

obtuvo que la mayor concentración de dicho contaminante se enfocaba en la segundalimpieza con un promedio de 3,8% (volumen), de presencia de viruta en el flujo decarga. Por lo que se optó por atacar ese punto.

En esa zona se encontraba un poso de descarga que era de fácil acceso y reunía elcaudal de concentrado de los dos bancos de la segunda limpieza. A continuación seadjuntan imágenes de dicho lugar.

Ilustración 7: “Pozo descarga de segunda limpieza.”


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Para poder retener la viruta se diseñó un filtro continuo adecuado a las dimensionesdel pozo, de fácil acceso para retirar dicho material y de gran tamaño para no generartaponeamientos por exceso de acumulación de contaminante.

A continuación se adjunta el prototipo del filtro diseñado:

El dispositivo fue llamado “Control continuo de viruta” (CCV), el cual consta de unamalla que filtra con abertura de 3mm que separa la viruta de la carga y además sedeposita en la parte inferior que consta de 2 placas perforadas con igual diámetro, paraasí retirar el exceso de humedad de manera inmediata.

También se implementó un sistema de limpieza de viruta automática mediante el uso

de agua por mangueras que van en los 2 orificios que se ven en la parte superior de laestructura.

Dicha estructura debe ser de acero inoxidable para reducir el daño provocado por elcontacto de la carga con reactivos.

Ilustración 8: “Prototipo CCV.”


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Lo versátil del prototipo con forma de pirámide es la utilización de la fuerza del caudalpara ir filtrando y arrastrando de manera inmediata la viruta a las planchasperforadas.

El retiro de la viruta se realiza de manera manual, cada turno, ya que se estima quese necesitan 5 días sin retirar la viruta para que este modelo se llene de maneracompleta.

El tamaño de abertura optimo determinado, se logró mediante un análisis de Pseudo-granulometria de la viruta en laboratorio, y se concluyó que el 99.7% de la viruta estasobre dicho tamaño.

El modelo está en construcción a la fecha de manera que no se tienen resultados defuncionamiento y captación real de la viruta.


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6) Conclusiones

Desde el punto de vista humano y académico, me fue muy fácil llegar a todos

los trabajadores de la planta desde el jefe de unidad hasta los operarios másantiguos y de carácter más complicado, debido a las experiencias comotrabajador a lo largo de mi vida y la buena relación que conllevo con la gente.En lo académico, me di cuenta que lo que nos enseñan es solo ficcióncomparado con la realidad en la industria, lo que si la universidad te da lasherramientas para acercar de manera óptima lo aprendido con lo que ocurreen la industria y además de entender el proceso de manera as fácil con loaprendido en la sala de clases. Otro aspecto importante a recalcar, es que todolo aprendido se puede aplicar en cierto momento, como me ocurrió en estapráctica, ya que aplique tanto conocimientos metalúrgicos como de dibujo deingeniería.

En la parte operacional me fue muy fácil entender el proceso debido a losconocimientos previos de flotación de molibdeno. Tras realizado el balance demasa, me di cuenta que además de servir como indicador de lo que ocurre enla planta sirve para identificar zonas con desperfectos o que están funcionandode manera incorrecta y así indagar los factores que la generan. Por otra partela viruta es un problema anexo a la planta y que generalmente se obviandentro de los estudios que imparten en las universidades, pero no es menor suimplicancia negativa dentro del proceso.

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