DISEO DEL SISTEMA DE RECIRCULACION DE AGUA DE DECANTACION

1. INTRODUCCION

En el presente trabajo se resume la Monografa Tcnica DISEO DEL SISTEMA DE RECIRCULACION DE AGUA DE DECANTACION Y ACTUALIZACION DEL DEPOSITO DE RELAVES NIEVE UCRO II, presentado por el Ing. Yelman Abad Salazar Mario. Con el objetivo de conocer y profundizar nuestros conocimientos en el tema que concierne abastecimiento de aguas y alcantarillado.La monografa es referida con la Compaa Minera Raura, el cual es una empresa minera privada que se dedica a la explotacin y procesamiento de minerales polimetlicos. Para esto actualmente tiene instalada una PLANTA DE PROCEAMIENTO DE MINERALES con una capacidad de 2000 TM/dia, la cual vierte sus residuos slidos a la laguna Caballococha mediante un sistema de disposicin subacutica. Pero este sistema ha llegado a su mximo capacidad de trabajo, por ello Raura ha decidido ampliar la capacidad de almacenamiento del depsito de relaves Nieve Ucro II, mediante la sobreelevacin de la presa existente. La monografa trata especficamente el estudio del sistema de transporte de relaves y sistema de recirculacin de aguas de decantacin del depsito Nieve Ucro II, por medio de sistema de bombeo.

Adems se resalta en los objetivos, la de no verter las agua contaminadas, es ms, las agua tratadas sern recirculadas, adems se detalla de sistemas de drenaje. Las aguas tratadas deben ser conducidas a la planta concentradora, para su reutilizacin; esto trae como consecuencia positiva la reduccin de contaminacin del medio ambiente, especficamente de la laguna Caballococha.

2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GENERAL

Mm Presentar los diseos del sistema de transporte de relaves Nieve Ucro II y el diseo del sistema de recirculacin de las lagunas de decantacin (efluentes) del depsito de relaves Nieve Ucro II.

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Realizar un sistema donde se pueda transportar los relaves mineros al depsito de relaves (represa de desechos mineros) por medio de un sistema de bombeo. Recircular los efluentes producidos por dicho deposito (represa de desechos mineros), a fin de evitar cualquier impacto con el medio ambiente Realizar un sistema de recirculacin de las aguas de decantacin (efluentes) del depsito de relaves, con el fin de reutilizar el agua del depsito de relaves que son captados por medio de un sistema de drenaje y conducidos a la planta concentradora.

3. GENERALIDADES Y ANTECEDENTES

3.1. GENERALIDADES

3.1.1. UBICACIN

La unidad minera de Compaa Minera Raura S.A. se encuentra ubicada en 2 zonas, distrito de San Miguel de Cauri, provincia de Lauricocha, departamento de Hunuco, y en el distrito y provincia de Oyon departamento de lima.

Coordenadas geogrficas:Latitud sur: 10 26 0.00Longitud oeste : 76 44 0.00Altitud: 4300 4800 msnm

3.1.2. CONDICIONES DE SITIO

El rea de influencia del proyecto se caracteriza por la existencia de precipitaciones durante casi todo el ao, con un periodo de mximas en los meses de noviembre a marzo, siendo el mes de febrero la que registra mayores precipitaciones, en nuestro caso: 543mm.

Precipitacin media mensual: 184 14 mm Temperatura: en meses de estiaje mximo de 12C a un mnimo de -10C, siendo la temperatura promedio de 7C. Y en la poca de lluvia la temperatura promedio es 10C, 14 C como mximo y mnimo 0C

Evaporacin media anual: 398 mm, en el mes de agosto se registr el mayor valor en el caso del estudio. En agosto: 45 mm y febrero 23 mm

La direccin del viento predominante es SSW y la velocidad predominante es de 8 a 12 Km/h con 30- 4 % de calma.

Adems se debe resaltar que el proyecto se encuentra en una zona de alta sismicidad.

Ilustracin 1: Distribucin del clima en el Per

3.2. ANTECEDENTES

3.2.1. PRESENTACIONEn estos ltimos aos la minera viene invirtiendo en tecnologa de punta, modernizando sus instalaciones e implementado nuevo sistema de operacin, para efectos de rentabilidad y competitividad, esto de acuerdo con el manejo ambiental adecuado.

3.2.2. RESUMEN

3.2.3. DISPOSICION SUBACUATICA DE RELAVES EN LA LAGUNA CABALLOCOCHA.

Caballococha es una laguna ya impactada por relaves dispuestos, as como por efluentes de la Planta Concentradora. Actualmente la laguna Caballococha no tiene vida.La laguna Caballococha tiene la capacidad de almacenamiento requerida (2.32Mm3) y slo se necesitaba un desarrollo mnimo de infraestructura. El vaso de la laguna est conformado por lecho rocoso siendo estable respecto a su estabilidad fsica. No muestra influencia importante de drenaje krstico, por lo que el nivel del agua actual mantiene parte del relave inundado. Al ser utilizado como depsito de relaves, se podr mantener naturalmente un espejo de agua que cubra los relaves depositados. No existe ningn indicio de presencia de hielo glaciar dentro del vaso en tiempos recientes.

Ambientalmente presenta las menores desventajas considerando el aspecto de la calidad de agua y las mejores ventajas si se consideran los aspectos de estabilidad fsica y qumica.3.2.3.1. TRANASPORTE DE RELAVES DE LA DISPOSICION SUBACUATICA

El sistema de transporte de relaves esta conformado por tuberas de HDPE de 8 que trabajara a presin y gravedad. Est formada por 2 lneas de tubera en paralelo, una de ellas en stan by, como una medida de seguridad ante eventuales interrupciones del sistema por mantenimiento y/o rotura. A continuacin se describe brevemente la disposicin de las tuberas que bsicamente comprende 3 tramos.El primer tramo est constituido por dos lneas de tuberas en paralelo, de aproximadamente 150 m cada una; se inicia en la planta de flotacin y llega al depsito de regulacin.

El segundo tramo tambin est constituido por dos lneas de tuberas, de aproximadamente 265m cada una; se inicia en el depsito de regulacin y termina en la casa de vlvulas de control.

El ltimo tramo se inicia en la caseta de vlvulas de control, all la lnea de descarga principal tendr una longitud variable de acuerdo a esquema de disposicin de los relaves en la laguna; la lnea paralela se utilizara para la descarga de emergencia y tendr una longitud de aproximadamente 130m.

La disposicin subacutica posee un impacto positivo bajo para la flora y fauna, ya que la disposicin subacutica no afecta suelos, por lo que se evita la perdida de suelos y con esto la hbitat terrestre.

El impacto para los hbitats acuticos se considera negativo bajo, debido a que estos impactos en calidad de agua son bajos. El hbitat de la laguna Caballococha est actualmente muy afectada y no hay vida en ella.

3.2.4. DEPOSITOS DE RELAVES NIEVE UCRO II

El Depsito de relaves nieve Ucro II. Fue diseado y construido de acuerdo a las Normas Ambientales vigentes de la Direccin General de Asuntos Ambientales del Ministerio de Energa y Minas y del Reglamento Nacional de Construcciones. El depsito est constituido por una depresin natural que no requiri de presa y una presa de tierra de material morrnico con su respectivo sistema de filtro y el Sistema de decantacin - drenaje del agua sobrenadante del espejo del relave - y el sistema de canales de coronacin.

El Depsito de relaves II se construy en tres etapas:

Primera Etapa: Depresin Natural del terreno, vaso cerrado, de la cota 4529 a la cota 4549 m.s.n.m.

Segunda Etapa: Dique de material de prstamo, de la cota 4549 a la cota 4567 m.s.n.m.

Tercera Etapa: Dique de material de prstamo, de la cota 4567 a la cota 4570m.s.n.m.; y, Etapa del Dique Secundario de Relaves Gruesos Cicloneados, de la cota 4569 a la cota 4575 m.s.n.m.

3.2.5. CARACTERISTICAS HIDROGEOLOGICAS DEL DEPOSITOS DE RELAVES NIEVE UCRO II

El depsito de relave se presenta estable. La carga de agua subterrnea en masa del relave, representa una carga adicional a la masa depositada, que es menor a las fuerzas de rozamiento y cohesin que se oponen a su movimiento, dndole estabilidad.La baja permeabilidad de la caliza y la profundidad del nivel del aguaSubterrnea, respecto a la superficie del terreno donde est depositado el lRelave, no permite una conexin directa de los efluvios contaminantes con el agua subterrnea. Las posibles filtraciones del drenaje cido generado que pudieran presentarse a travs de las probables fallas, seran atenuadas por la accin neutralizadora de la caliza.

3.2.6. RELAVES MINEROS

3.2.6.1. DEFINICION DE RELAVES MINEROSLos relaves se definen como partculas de rocas trituradas que son producidas o depositadas en forma de pulpa. Esta definicin alcanza a la gran mayora de desechos provenientes del procesamiento mineral, despus de la recuperacin de los valores minerales.

Estaos relaves provenientes de las plantas concentradoras u otras operaciones requieren para su disposicin de grandes superficies de terreno adyacente a las plantas de tratamiento de los minerales, por lo que generalmente se requiere de grandes extensiones de terreno y que sean suficientemente seguras para su disposicin sostenible en el tiempo.

3.2.6.2. CARACETERISTICAS DE LOS RELAVES MINEROS

Toda planta de concentracin mineral, genera un volumen de relaves que es por lo general, en dos terceras partes superior al volumen original de mineral extrado de las galeras minerales o de las superficies, por lo que para el tratamiento de este relave y su posterior disposicin se debe contar con un rea suficientemente grande para su almacenamiento.

Estos minerales que son en definitiva solidos finos con escaso contenido de mineral valioso, se desechan mezclados con agua de una determinada densidad de pulpa.

Uno delos inconvenientes que hace que el manejo de relave sea difcil, es que los asientos mineros estn ubicados en geografas de difcil acceso y complicadas. Por su ubicacin en las partes altas, como es el caso de las mayora delos asientos mineros, en el caso de Raura, est ubicado en la cumbre de la montaa de la cordillera occidental andina.

Principales problemas que generan los relaves:

Slidos en suspensin y metales sueltos Reactivos que provienen de planta concentradora Generacin de aguas acidas y lixiviacin de metales a largo plazo. Requerimiento de grandes reas de superficie para su almacenamiento.

3.2.6.3. TRANSPORTE DE RELAVES

Los relaves provienen de circuitos de flotacin, pasan el 50% del total a la planta de relleno hidrulico con 60% malla 200 y la otra directamente a la cancha de relaves en forma de pulpas ya que son resultados de las separaciones que se lleva a cabo en la planta concentradora. Estos relaves recolectados son transportados en forma de pulpa hacia el almacenamiento de los relaves por medio de tuberas HDPE 6, esta prctica resulta ms de conveniencia que de diseo, dado que los relaves en la planta ya estn mezclados con agua.Los relaves son transportados en la planta de relleno hidrulico o a su disposicin final por tuberas con bombeo o sin bombeo, dependiendo de las alturas de la planta versus el deposito final, as como la longitud de la tubera que transporta esta y las perdidas por friccin. En el caso de Raura esta se realiza actualmente por gravedad a la laguna Caballococha ya que hay un diferencial de cotas de 3.5m.

Los sistemas de bombeo y el tendido de tuberas as como el diseo de disposicin son de por s solas complicadas y difciles constituyendo para los responsables todo un reto para implementar el mismo.

RESUMEN DE LA PAGINA 31-43 TUBERIAS DE RALAVES DE DIVISION ANDINA CODELCO-CHILE:La actual tubera de 18 de dimetro fue objeto de estudio de velocidades y prdidas de carga.4.1.5.1: METODOLOGIA DE PROCESAMIENTO DE LA INFORMACION: Se aceptan que los valores de perdida de carga cumplen las relaciones de Manning, Colebrook & White y Colebrook & White modificado. Se escoge el modelo de perdida de carga indicando su rango de aplicacin Para las tuberas que operan embancadas, deber calcularse la velocidad real de escurrimiento. En el caso de que se disponga los valores de velocidades lmites, se calcula el valor terico mediante los modelos y se hacen las comparaciones.4.1.5.2: VERIFICACION DE METODOS DE PERDIDA DE CARGA TUBERIAS DE HDP QUE CONDUCEN RELAVES DE TALABRE: la relacin de Manning parece la ms apropiada para evaluar perdidas de carga en lneas de relaves .Esto debido a que los valores de rugosidad obtenidas para distintos casos son muy similares entre s. TUBERIAS QUE CONDUCEN ARENAS DE RELAVES: como no existen los suficientes datos de mediciones se opta por aceptar la relacin de Manning y se calcula la rugosidad para cada caso.4.1.5.3: MODELO DE PERIDAD DE CARGA Y APLICACIN El modelo de perdida de carga a emplear deber ser la de Manning.4.1.5.4: VELOCIDAD REAL DE ESCURRIMIENTO PARA TUBERIAS QUE OPERAN EMBANCADAS Siguiendo los pasos de los modelos se obtuvo como resultado que la velocidad real de escurrimiento es 1.784 m/s.4.1.5.5 Los modelos para la estimacin de velocidad limite en general sobrevaluan el valor que desde el punto de vista industrial interesa, lo que los hara conservadores para un diseo.5 DISEO DEL SISTEMA DE TRANSPORTE DE RELAVES5.1 GENERALIDADES: Mediante un estudio se determin que la solucin ms viable para transportar los relaves es utilizar un sistema de conduccin a presin mediante tubera de polietileno de alta densidad de 10 de dimetro.5.2 CAUDAL DE DISEO: De acuerdo a la informacin proporcionada por la Minera Raura, actualmente viene procesando 2000 TMSD de mineral. 1840 TMSD de relave que debe ser evacuado por el sistema de transporte de relaves en forma de lodo.

CALCULO DEL DIAMETRO DE LA CONDUCCION La determinacin del dimetro de la tubera en los sistemas de conduccin de transporte de relaves principalmente est asociado a la velocidad mnima que debe presentarse para reducir los riesgos de depositacin y obstruccin de la tubera, en ese sentido la velocidad deber ser menor a la velocidad media que gobierna la tubera.La velocidad lmite de depsito es uno de los parmetros importantes en el diseo de la tuberas que transportan relaves, a pesar de la importancia que este representa se observa que no existen los estudios suficientes que permitan predecirlos, y tan solo existe informacin para su prediccin limitndose a valores fijos puntuales.Es por ello que el estudio analiza tericamente el fenmeno de la velocidad limite en el flujo de mezcla compuesto de agua y relaves, usando las teoras de Durand Condolios ,Wasp Droskar y Mc Elvain.De acuerdo a lo descrito, en la siguiente tabla se muestra los valores d la velocidad lmite calculado para los caudales mnimos y mximos, utilizando las ecuaciones ya descritas:

Velocidad Limite y de Diseo

Se han asumido tuberas de 10, con este dimetro se han calculado las respectivas velocidades de diseo para los caudales mnimos y mximos del sistema.

Por lo tanto para el presente diseo el dimetro de la tubera seleccionado para el sistema de conduccin de relaves del depsito Nieve Ucro II ES 10.

CALCULO DE LA PERDIDA DE CARGA EN LA CONDUCCION Representa la perdida de energa de un flujo hidrulico a lo largo de la misma por efecto del rozamiento.Para calcular la perdida de carga en conducciones de relaves se utilizara las frmulas que se utilizan para calcular las prdidas de carga como si se tratase de agua, considerando el efecto de la concentracin volumtrica y la densidad de la pulpa.a) Perdidas por friccinLa prdida total debido a la friccin que experimenta un fluido cuando fluye por una tubera circular llena depende del dimetro (D), de la longitud de la tubera (L), de la velocidad media (V), de la rugosidad absoluta (k), de la aceleracin de la gravedad (g), de la densidad () y de la viscosidad del fluido (). Por medio del anlisis dimensional se determina la frmula para el clculo de prdidas por friccin

Donde el valor de la funcin de f es funcin del Nmero de Reynolds (Re) el cual est calculado

Teniendo en cuentas estas consideraciones y los datos siguientes, la prdida de carga por fricciona a lo largo de la conduccin es mostrada en la siguiente tabla:

Numero de Reynolds Coeficiente de friccin (f)Perdida de carga

725620.019254.73m---> 55 m

b) Perdidas por singularidadesSe asume 10 % de la perdida de carga por friccin hd: 47 m, redondeando hs: 6mc) Admisin desde tanque de bombeo a tubera de aspiracin hf = 4 v2/2g : 1.28 md) Altura de presin de salida h = asumido = 2mALTURA DINAMICA TOTAL EN LA BOMBASe determina aumentando la altura geomtrica o desnivel producto de la topografa, las prdidas de carga en la conduccin, tal como se muestra en la ecuacin:Hm= z+hf+hd+hi+hpPara el caso observado Z: 7mHm=7 +55 +6 + 2 +2 Hm =72 m

ALTURA DINAMICA CORREGIDASe da de la siguiente manera:

ObteniendoHtc = 80.8 m

EQUIPO DE BOMBEOEl equipo de bombeo tiene que ser capaz de impulsar relaves sin clasifica (fraccin gruesa) y relaves clasificados (fraccin fina).

Por lo tanto de la estacin de bombeo estar conformada por 02 bombas, una en operacin y la otra en stand By, con las siguientes caractersticas:Bomba configuracin horizontal sello mecnico tipo SLM o SLC (no necesita agua)THD=80.8 MQ=0.0536-0.0956 m3/s Motor elctrico trifsico de induccin con potencia de 300 Hp /1800rpm/460v/60Hz.

6. DISEO DEL SISTEMA DE TRANSPORTE DE AGUAS DE RECIRCULACION6.1 GENERALIDADESDebido al Estudio de Impacto Ambiental del depsito de relaves Nieve Ucro II, se ha determinado recircular los efluentes producidos por ese depsito, para as evitar el impacto generado en el ambiente. Es por ello que se va hacer el Diseo del sistema de recirculacin de las aguas de decantacin del depsito de relaves Nieve Ucro II.6.2 INFORMACION BASICA6.2.1 INFORMACION PROPORCIONADA POR MINERA RAURAActualmente hay instalada una planta de procesamiento de minerales polimetlicos mediante flotacin diferencial de dichos minerales, con una capacidad instalada para procesar de 2000 TMS/da de mineral lo cual permite producir 1860 TMS/da de concentrado.Los relaves resultantes del proceso sern clasificados en fraccin gruesa (50%) y fraccin fina (50%); donde la fraccin gruesa ser utilizada en labores mineras (relleno hidrulico), mientras que la fraccin fina ser conducida al nuevo depsito de relaves Nieve Ucro II. El relave que sobra ser conducido sin clasificar al depsito de relaves.6.2.2 INFORMACION OBTENIDA EN UN ESTUDIO DE INGENIERIASe ha determinado las caractersticas reolgicas de la pulpa de relaves procedentes del proceso metalrgico con la finalidad de cuantificar el agua a utilizar en el proceso. Para determinar las propiedades reolgicas de la pulpa de relave, las muestras tomadas en el campo han sido ensayadas siguiendo procesos estandarizados. Por ejemplo la densidad de la pulpa para relave clasificado es de 1134.3 g/l y relave sin clasificar es de 1186.2 g/l.6.2.3 BALANCE DE AGUAS DEL DEPOSITO DE RELAVES NIEVE UCRO IIPara ello se utilizara el concepto de balance hdrico, que es el equilibrio de todos los recursos hdricos que ingresan y salen al sistema; esto nos permitir disear estructuras para captar y evacuar el volumen de agua libre fuera del depsito de relaves.Asimismo este balance se ha efectuado teniendo en consideracin la ocurrencia de un ao seco, hmedo y promedio. Para este efecto se ha empleado los registros histricos de la estacin meteorolgica Surasaca.Para el balance de agua se consideraron las siguientes entradas: Agua de relave descargada al depsito (1) Precipitacin sobre deposito (2) Precipitacin cuenca aportante (3)Para el clculo de la cantidad de agua que ingresa al depsito junto con los slidos se determina segn la siguiente expresin.

Donde: Q0 = caudal de agua en relaves en mes n, m3/sPn = produccin de slidos en mes n, t/mesCp = concentracin en peso de relave, % = densidad de agua igual a 1 t/m3

Para el balance de agua se consideraron las siguientes salidas: Evaporacin (5) Infiltracin suelo natural (6)En la zona de estudio no se cuenta con informacin correspondiente a evaporacin, por lo cual se emplea la informacin de la estacin Upumayo.Para el clculo de la infiltracin de suelo natural se ha empleado:

Para el balance de agua tambin se ha considerado las retenciones en el relave, siendo calificada como una salida: Retencin en el relave fino (4)La retencin en el relave fino es la cantidad de agua que queda retenida en el relave fino en el proceso de depositacion. Se estima considerando la humedad de saturacin del relave depositado y la produccin de relave.El balance se ha determinado de la siguiente manera:(7) = (1) + (2) + (3) - (4)- (5)- (6)Siguiendo esta ecuacin, en los siguientes cuadros se presentan los resultados del balance hdrico para cada tipo de ao y cada tipo de construccin de la presa.Por ejemplo para el balance en ao promedio etapa I se tiene que el balance promedio mensual es de 78.69 l/s. Para el balance en ao seco etapa I se tiene que el balance promedio mensual es de 78.63 l/s. Para el balance en ao hmedo etapa I se tiene que el balance promedio mensual es de 79.07 l/s. Para el balance en ao promedio etapa II se tiene que el balance promedio mensual es de 77.78 l/s. Para el balance en ao seco etapa II se tiene que el balance promedio mensual es de 75.84 l/s. Para el balance en ao hmedo etapa II se tiene que el balance promedio mensual es de 78.18 l/s.