TAREA SEMANA 8: CRITERIOS FUNDAMENTALES EN EL DISEÑO DE PLANTAS AURÍFERAS –PARTE I

Presentado por: Mercado Escalante Jorge Luis

1. En la ingeniería conceptual de una planta metalúrgica para un determinado proceso metalúrgico, precise claramente la ingeniería conceptual con un ejemplo concreto, incluyendo costos, etc.

PLANTA SIDERÚRGICA DEL MUTÚN

La Empresa Siderúrgica del Mutún (ESM) tiene previsto construir en la zona de influencia del Mutún una planta siderúrgica para procesar los minerales de los yacimientos del Mutún. La ESM cuenta con amplia información y conoce en detalle sus requerimientos para una planta de procesamiento de los yacimientos del Mutún.

Planta con una capacidad de producción de 500.000 TM de hierro esponja al año. Planta de procesamiento de hierro esponja en el área de Puerto Suarez para la producción de

productos de valor agregado de 250.000 TM. Reducción del mineral a hierro esponja con Gas Natural seleccionando y recomendando los

procesos de peletización y DRI. Producción de 180.000 t/a de laminados. Suministro de Energía gas Natural para la planta de generación de energía.

1. PLANTA DE PROCESAMIENTO DE LOS MINERALES DE HIERRO

Si inicia el proyecto con la evaluación de la actual planta de extracción de la ESM, tiempo, (ton/hora) y capacidad real de operación y producción.

Equipos unitarios planta piloto (Mutún)

a) Instalación en el Mutún de equipos unitarios para pruebas/test metalúrgicos en Planta Piloto: importación de equipos para pruebas de: concentración en espirales, espesamiento, filtración, flotación y separación magnética (en base a tecnologías utilizadas en Plantas Industriales en el Occidente).

b) Realización de Tests complementarios que sean requeridos en las empresas especializadas en laboratorios del exterior que sean requeridos para verificación y desarrollo del proceso de concentración:

Concentración gravimétrica en espirales Flotación de sílice Espesamiento Diseño de circuito de molienda Flotación de P Separación Magnética Producción de colas de pasta Productos finales según especificaciones para fases de Peletización 65%Fe,P<0.08%

1.1.  Caracterización de las muestras

Análisis químico del común Análisis y distribución de valores de hierro Análisis mineralógico, composición modal y grado de liberación en las fracciones representativas

del análisis granulométrico. Determinación de la dureza del mineral e índice de trabajo de Bond Determinación del peso específico real Determinación de pesos específicos aparentes en diferentes fracciones granulométricas Determinación del ángulo de reposo en diferentes fracciones granulométricas Pruebas de triturabilidad Determinación del índice de abrasión Determinación del índice de trabajo (Wi) para molino de barras Determinación de índice de trabajo (Wi) para molino de bolas Densidad aparente Densidad real Índice de capacidad volumétrica Índice de resistencia Formato de material (shape) Granulometría

1.1 Pruebas iniciales experimentales de laboratorio

Separación en líquidos pesados Determinación de la máxima recuperación teórica del mineral Determinación del flujograma de la planta de trituración Molienda Selección de sistema y análisis de las condiciones de molienda Selección de sistema y análisis de remolienda Simulación del circuito cerrado de remolienda Pre concentración en espirales (FM Espirales – para finos) Concentración gravimétrica Up grading de concentrados Separación magnética Flotación de slice/fósforo

1.2. Pruebas en Laboratorio

Diseño del flujograma de la planta piloto Diseñó e instalación de planta piloto modular Elaboración de criterios de diseño para cada disciplina Pruebas en planta piloto Simulación del circuito de trituración Pruebas en flujo piloto de pre concentración-concentración Pruebas en flujo piloto del up grading Pruebas en flujo piloto de flotación de sílice

Separación magnética Pruebas en flujo piloto de flotación de fosforo

1.3. Análisis y evaluación del pilotaje

En base a la información del pilotaje y otras, se realizará la fase del diseño metalúrgico mediante:

Simulación del proceso mediante programa Excel a fin de consolidar el flujograma y los balances de masa.

Determinación de parámetros metalúrgicos de rendimiento Determinación de consumo de reactivos Balance metalúrgico y balance solido liquido Estimación de costos de operación.

INGENIERÍA PARA PLANTA DEPELETIZACION Y DRI, DISEÑO CONCEPTUAL

Se tendrán en cuenta los siguientes capítulos:

Confirmación del proceso de producción determinado en la fase del proyecto de acuerdo a flujo grama.

Diseño de los procesos de producción de fierro (proceso post producción de hierro esponja) Proceso de Fundición de 500.000 TM al año de hierro esponja. Procesos de peletización: Recomendar el proceso considerando la escala, tecnologías modernas y

rendimientos. Planta de laminación para producción de productos de valor agregado como ser fierro de

construcción, hojalata etc. Planta para procesar 250.000 TM al año. Diseño de Layout de la planta Diseño de Infraestructura secundaría Matriz de energía Matriz de insumos Matriz de insumos y materiales secundarios Concepto de seguridad Concepto de operación y requerimiento de personal Inversión y costos de operación

En esta fase no se tienen que desarrollar las listas de piezas unitarias de cada componente de la planta.

Inversión y costos de operación

Al inicio del trabajo, se elaborará una estructura de desglose del proyecto (Work Breakdown Schedule) a fin de organizar la estimación de costos. De las estimaciones e informaciones que se preparen en cada especialidad, se aplicarán precios unitarios de la base de datos y se obtendrán los costos para cada ítem identificado en la estructura de desglose. Los precios unitarios deberán ser homologados para la situación de precios en la zona de la obra. Como resultado, se obtendrá un presupuesto de Costos de Inversión para el proyecto y un presupuesto de Costos de Operación.

Se presentará la ingeniería económica del proyecto para cada uno de los paquetes tecnológicos que incluya:

Costos de Inversión (CAPEX) Equipo y maquinaria Instalación Capital de operación Otros costos de inversión Costos de operación (OPEX) Labor Materiales Energía Eléctrica Reactivos

Otro Evaluación económica (Indices) Rentabilidad Otros

2. En la ingeniería Básica de una planta metalúrgica para un determinado proceso metalúrgico, precise claramente la Ingeniería básica con un ejemplo, incluyendo costos, etc.

INGENIERÍA BASICA DE LA PLANTA SIDERÚRGICA DEL MUTÚN

A ser utilizada para la fase diseño final de obras de construcción (OC).

Diseño del flujograma final Diagrama de flujo del circuito de trituración Diagrama del flujo del circuito de molienda Diagrama de flujo del circuito de concentración Diagrama de flujo del circuito de flotación Diagrama del circuito de molienda Diagrama de flujo de espesamiento de colas y dique Diagrama de flujo de servicios: agua, aire industrial, etc. Consolidación de los diagramas y balances asociados Diseño del flujo con balances de materiales Layout general de instalaciones Listado de equipos de procesamiento Listado de equipos auxiliares Requerimiento de infraestructura Selección de la ubicación de la planta Topografía general del área de la planta Estudio de selección del emplazamiento Estudio geodésico del sitio elegido para la nueva planta Mapeo geológico Perfiles geofísicos Sondajes de pruebas a rotación Estudios de estabilidad Estudios de flujo de aguas subterráneas

3. En la ingeniería de detalle de una planta metalúrgica para un determinado proceso metalúrgico, precise claramente la Ingeniería de detalle con un ejemplo, incluyendo costos, etc.

COMPAÑÍA MINERA SAN GERONIMO

FAENA TALCUNA INGENIERÍA DE DETALLES PROYECTO AMPLIACIÓN DE LA PLANTA A 75 KTPM 1.- INTRODUCCIÓN

A fines del 2006, La Compañía Minera San Jerónimo (CMSG) Faena Tal cuna, consideró ampliar la capacidad de tratamiento de mineral de sulfuros de cobre desde 850 Ton/Día (TPD) hasta 2.000 TPD. Para este efecto adquirió una planta de chancado usada marca Sandvik y un molino de bolas de 9’ x 12’, y puso en marcha un filtro tipo prensa para concentrado marca Hoetch.

Para este efecto, se conformó un grupo de ingeniería para desarrollar la ingeniería de detalles de dicho proyecto de chancado, trabajo que se completó durante Abril 2007, actualmente en proceso de construcción. Finalmente la sección chancado de la Faena Talcuna quedó diseñada para una capacidad de tratamiento de la planta de 2.500 TPD, con la incorporación de equipos complementarios nuevos: alimentadores vibratorios, chancadora y harnero 3°, correas transportadoras, etc. La construcción en curso es para dicha capacidad.

Complementariamente, el presente estudio de ingeniería, desarrollado también a nivel de ingeniería de detalles, presenta los principales planos y documentos para la ampliación de las secciones de molienda, flotación, tranque, para una producción de 75 KTPM, además de la documentación necesaria para la adquisición de equipos y materiales para la construcción del proyecto.

2.-DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

A continuación se realiza una descripción del proyecto.

2.1 Procesos

Inicialmente el proceso para el tratamiento mineral se desarrolló considerando 100% de mineral proveniente de las minas de la CMSG en la Faena Talcuna. En este caso los principales criterios de diseño del proceso fueron determinados mediante las Pruebas de Metalúrgicas desarrolladas por el Dpto. de Ingeniería de Minas de la Universidad de La Serena de Enero 2005 basados en las muestras de las minas de Faena Talcuna.

Para este efecto, se elaboró la memoria de cálculo de proceso y los diagramas de flujo de molienda, flotación, espesaje y filtrado. En este caso se diseñó un circuito de flotación nuevo para tratar la totalidad de las 75 KTPM provenientes desde CMSG, utilizando las 10 celdas usadas adquiridas en Canadá Dorr Oliver de 300 PC.

Durante el transcurso del estudio CMSG lo reorientó a tratar: 40 KTPM provenientes desde las minas de rajo abierto del Proyecto Tugal y las restantes 35 KTPM desde las minas de la CMSG en la Faena Talcuna.

Del mismo modo, en este caso los principales criterios de diseño del proceso fueron determinados mediante las Pruebas de Metalúrgicas desarrolladas por el Dpto. de Ingeniería de Minas de la Universidad de La Serena de Enero 2007 basados en las muestras de las minas del Proyecto Tugal.

Para la molienda primaria se consideraron tres molinos de 9’x12’, dos nuevos chinos y uno reutilizado Allis Chalmers. Además, se reutilizan dos molinos existentes e instalados de 7’x7’.

La etapa de chancado será común para los minerales provenientes desde CMSG y del Proyecto Talcuna, se pueden diferenciar en las 3 tolvas de 100 Tons. c/u y el en patio de recepción.

El producto del chancado será desviado a través de las correas 100-CV-12 que alimentará el acopio de finos de CMSG y de la 100-CV-13 que alimentará el acopio de finos de Tugal.

Para el mineral del Proyecto Tugal se utilizan los dos molinos chinos y para el mineral de CMSG se utilizan los dos molinos de 7’x7’ actualmente operando a los que se les agrega el molino de 9’x12’ Allis.

El proceso de flotación para los minerales provenientes desde CMSG (35 KTPM) continúa tratándose en el circuito existente en faena Talcuna. En tanto que se diseñó un nuevo circuito para los minerales del Proyecto Tugal.

El circuito de flotación para el mineral de Tugal considera una etapa rougher con 5 celdas de 300 PC, una etapa scavenger también con 5 celdas de 300 PC; molienda de los concentrados de ambas etapas en un molino existente de 6’x6’ reubicado; flotación cleaner en 4 celdas de 100 PC y recleaner en una celda columna. Además, habrá una etapa de flotación scavenger-cleaner para las colas de la flotación cleaner también en 4 celdas de 100 PC.

Para el manejo del concentrado se ha considerado un nuevo espesador similar al existente de 18 pies de diámetro.

El concentrado proveniente del mineral de Tugal será filtrado aumentado los turnos de operación al filtro Hoetch existente.

Para futuro el proceso consideró la instalación de un nuevo filtro de concentrado, adicional al existente, con todos los equipos complementarios.

2.2 Mecánica

CMSG destinó el sector contiguo hacia el Norte de las actuales instalaciones de molienda para los tres molinos de 9’x12’ de la ampliación. Además, se concibió implementar acopios de mineral chancado (finos) hacia el Este apoyados en el cerro vecino.

Para la construcción de las nuevas instalaciones de flotación CMSG asignó el terreno de manejo de concentrado, hacia el Oeste de la nueva molienda primaria limitado por la quebrada vecina.

Primeramente se confeccionaron los planos de disposición general considerando tratar la totalidad del mineral (75 KTPM) en las nuevas instalaciones de flotación.

Los planos definitivos corresponden al diseño del tratamiento de 45 KTPM provenientes desde el proyecto Tugal, con las restantes 30 KTPM provenientes desde la minas de CMSG en la planta de flotación existente.

El área de molienda considera las siguientes instalaciones principales:

Dos acopios de finos, uno para proyecto Tugal y el segundo para CMSG, alimentados respectivamente por las correas CV-12 y CV-13. Como se explicó para incrementar la capacidad total de estos acopios se apoyan en el cerro hacia el Este y se cierran mediante muros de contención de hormigón. En la base de ambos acopios se dispone de chutes y alimentadores vibratorios para descargar sobre un total de tres correas CV-04/05/06 respectivamente para alimentar a los tres molinos de 9’x12’ (2 chinos + 1 Allis Chalmers). Los chutes, alimentadores y correas se instalan dentro de los respectivos túneles de hormigón.

Los acopios de finos dispondrán de accesos para cargador frontal para facilitar la descarga hacia los chutes.

Los tres molinos de 9’x12’ y uno de los molinos existentes de 7’x7’ serán instalados en un edificio estructural techado de 10 m de altura, que permitirá la operación de un puente grúa con capacidad para 7 Tons. Este edificio también cubrirá un edificio de material de albañilería con 2 pisos, la sala eléctrica inferior y la sala de control superior.

El conjunto de cada molino de 9’x12’ será complementado por respectivos cajón y bombas de alimentación a hidrociclones. Para cada uno habrá una batería de 3 hidrociclones sobre una torre de 7,8 m de altura.

El radier del edificio tiene pendiente para dirigir los derrames a una bomba de piso.

Las instalaciones de flotación consideran un edificio estructural techado, también de 10 m de altura que albergará 2 bancos de 5 celdas de 300 PC c/u, 2 bancos de 4 celdas de 100 PC c/u, el molino de remolienda de 6’x6’ reubicado, hidrociclones, cajón y bombas de remolienda, las bombas de impulsión de relaves y el nuevo espesador de concentrado.

Este sector dispone de un radier con bomba de piso y pretil para contención de derrames normales.

En el listado de equipos (310-ME-LE-01) se indican los correspondientes a las áreas de molienda, flotación, espesamiento e impulsión de relaves.

2.3 Cañerías

En el área de molienda se han diseñado las cañerías para impulsión de pulpa a hidrociclones, las líneas de pulpa de descarga y rebalse de los ciclones, y las líneas de agua de dilución de molienda.

En el área de flotación las cañerías corresponden a todas las cañerías de pulpa y agua de dilución de las canaletas de concentrado del área de Flotación Rougher, Flotación Limpieza, Flotación Scavenger y Remolienda.

En el tranque de relaves se han incluido la cañerías de impulsión de relaves al tranque y la cañería de agua de retorno desde el tranque hasta el estanque de agua de procesos proyectada.

2.4 Civil

Para cumplir con el requerimiento de procesos y de los equipos mecánicos que se proyecta en las áreas de molienda y flotación se han dispuesto de una serie de obras civiles que han sido diseñadas en hormigón armado considerando las normativas, solicitaciones y condiciones de las áreas en las cuales han sido destinadas.

Las principales obras civiles se describen a continuación:

• Conjunto de muros de contención del área molienda: Son obras en hormigón armado destinados principalmente a dar estabilidad a los acopios del material proveniente del área de chancado, se dispone un muro principal que es perpendicular al eje de los molinos y uno secundario que cumple la misión de dividir el stock de material chancado para separar los minerales de Tunal y Talcuna. Ambos muros tiene una altura aproximada de 11 metros y espesor de 50 centímetros. El muro principal tiene un largo de 35 metros y se diseñó como un muro de contención que actúa por gravedad, el muro secundario se proyecta como un muro anclado a la roca existente en la excavación y apoyado en el muro principal, lo cual provee al conjunto de muros de rigidez en ambas direcciones.

• Fundaciones de molinos chinos y Allis: Para el conjunto de molienda fina se proyectaron fundaciones masivas de zapatas rectangulares, independientes para cada molino. Para estas fundaciones se especificó un relleno de suelo estabilizado de acuerdo al estudio de mecánica de suelos. Las dimensiones en planta son de 9 por 11 metros y su espesor es de 1.5 metros, lo cual genera un peso aproximado a 5 veces el molino cargado con bolas, lo cual asegura la estabilidad del conjunto molino zapata.

• Túneles de alimentación molinos: Son obras de hormigón armado que tienen una sección rectangular que se apoyan y son ancladas en la roca de la excavación del stock y el muro de contención principal, estos protegen y sustentan las correas transportadoras que alimentan los molinos, y a la vez mejoran la estabilidad del muro de contención, proveyendo un verdadero anclaje perpendicular al muro.

• Fundaciones de celdas: Para la fundación y apoyo del sistema de celdas de flotación se proyectaron un conjunto de machones en hormigón armado apoyados sobre zapatas corridas hormigón. El diseño de esta obra se basó en el concepto de mantener la losa existente, y adecuar el diseño a una ágil construcción y montaje de las celdas. Los machones de hormigón interactúan en conjunto por una serie de marcos diseñados como sismo resistentes según las recomendaciones de la NCh2369 y la ACI-318.

• Fundaciones de nave de molienda y flotación: Se definieron zapatas aisladas ancladas en la losa existente para la suportación de las columnas que estructuran la nave de acero que cubre las áreas de molienda y flotación, estas han sido proyectadas para que cumplan con los requisitos de empotramiento que tienen dichos apoyos.

• Sala eléctrica: Se proyectó como un edifico de albañilería reforzada en dos niveles con un sistema de piso de losa en hormigón armado que cumple la función de albergar la sala de control y sala eléctrica. Se funda sobre zapatas corridas sobre el piso de operación de molienda.

• Muro de contención y fundaciones menores: Para el área de molienda se proyectó una extensión del muro de contención existente para generar una plataforma uniforme de trabajo en el sector de molinos. En el área de fundación se proyectaron zapatas asiladas apoyadas sobre la losa existente para equipos

menores como bombas y soportes de cañerías, todas estas obras son ancladas por pernos de barras de refuerzo para aumentar su factor de seguridad al deslizamiento.

Los documentos y planos de la disciplina civil se adjuntan en el Anexo D.

2.5 Estructuras

Las estructuras proyectadas corresponden a las destinadas a satisfacer las necesidades de montaje de equipos mecánicos y de proceso, y a la función de protección y aislamiento del área de molienda y flotación. La principal estructura corresponde a la nave que cubre toda el área del proyecto, se proyectó como una nave industrial soportada por columnas WF y cerchas de acero en celosía que salvan una luz de 16 metros y 12 metros en cada vano, los ejes estructurales están dispuestos cada 4.9 metros y el área de molienda se considera en el diseño un futuro puente grúa de 7.5 toneladas. Los revestimientos de cubierta y laterales se proyectan en plancha metálica tipo NV6 soportada por costaneras, y se consideran aberturas con ventanas de policarbonato a todo lo largo de la nave para asegurar la entrada de luz natural a las instalaciones.

Dentro de las estructuras proyectadas destacan las destinadas al montaje de las celdas de flotación que corresponden a una parrilla de vigas WF que soportan la celdas y el sistema de pasillos para la operación, también se proyectó una serie de marcos en acero para soportar los equipos destinados a ciclones, bombas y bolas de molienda que han sido sustentadas en las fundaciones de los molinos.

Las estructuras de las correas transportadoras corresponden a una recuperación de las correas SANDVIK disponibles de la planta “El Soldado”, y principalmente corresponden a una estructura de mesa para las correas de alimentación molinos y correas aéreas soportadas en cepas de acero en el área del stock pile.

2.6 Electricidad

La potencia total instalada para la ampliación son 2355kW correspondientes a:

- 1200kW Molinos Allis Chamber y los dos molinos chinos, cada uno de los cuales es accionado por un motor sincrónico de 400kW de 3000V.

- Molienda Baja Tensión, centro de cargas 200-CM-02 con 266kW, de las bombas ciclones, bombas de piso y servicios auxiliares de los molinos.

-Flotación, centro de cargas 300-CM-01 con 889kW, correspondientes a las celdas de flotación, molino de remolienda, espesador de concentrado y futuro filtrado.

Se estima un factor de carga del 85% por lo la carga esperada para la instalación es de 2000kW.

La alimentación a los molinos se realiza desde una SEU de 1500kVA de 23/3kV, la que se proyecta conectar en 23kV al alimentador desde compacto de medida de la mina 21.

La alimentación a las cargas de baja tensión se realiza desde una SEU de 1000kVA 23/0,4kV conectada a empalme de línea media tensión en compacto de medida Mina 2001.

Esta distribución de cargas permite mantener la categoría de cliente regulado con consumos menores a 2MVA por cada compacto.

Los principales equipos eléctricos que se incorporan en el proyecto son:

200-SE-01 SEU 1500kVA 23/3kV Molinos

200-SE-02 SEU 1000kVA 23/0,4kV Molienda-Flotación Baja Tensión

200-CM-01 Centro de control de motores Media Tensión Molinos

200-CM-02 Centro de Control de Motores baja tensión Molienda-Flotación

300-CM-01 Centro de Control de Motores Flotación

La sala eléctrica se construye de albañilería con un área de 60m2 aproximadamente.

Además en el segundo piso de la sala eléctrica se proyecta una sala de control y una sala eléctrica para el reacondicionamiento de la instalación eléctrica de la planta actual en donde se instalan los equipos de distribución.

Los documentos y planos de la disciplina eléctrica se adjuntan en el Anexo F.

2.7 Instrumentación y control

En la Sala de Control de Molienda se instalan dos Estaciones de Operación nuevas con HMI licencia Run Time. La estación de ingeniería ubicada en chancado se traslada a la futura sala de molienda.

Esta estación contiene los software de programación de los PLC (Allen Bradley) y licencia de desarrollo del software HMI (RsView). El sistema se conecta vía Eth. La nueva CPU cuenta con puerto integrado.

El PLC de Molienda y Flotación debe contar con una CPU de 256k. El PLC se proyecta de tipo modular y está conformado por dos gabinetes de tres cuerpos de 600mm de ancho cada uno con un backplane de 13 slot conteniendo los módulos I/O del sistema.

El nivel de automatización considera el manejo remoto de los equipos y válvulas nuevos.

Los principales lazos de control regulatorio a considerar son:

Control de tonelaje alimentación molinos (Pesó metros y Variadores de frecuencia en alimentadores)

Control de alimentación de agua (Flujómetro magnético y válvula de control en alimentación) Control de presión alimentación ciclones (Transmisor de presión y variador de frecuencia bombas ciclones)

Control adición de lechada de cal, mediante válvula y Flujómetro.

Para la flotación se consideran el control de los lazos de nivel de los bancos de celdas, adición de reactivos en función del tonelaje y medición de flujo de sólidos en descarga de espesador de concentrado mediante densímetro y Flujómetro.

4. ¿Cómo define el AS BUILT desde la Ingeniería de Diseño de Plantas?

Se entiende como Diseño As-built la etapa final del proceso de diseño del proyecto dirigida a lograr que TODA la documentación empleada en el mismo refleje la realidad de la obra construida, con suficiente precisión y detalle para que pueda ser armonizada con el resto de documentos con la coherencia debida, de tal manera que se pueda acometer la legalización de la planta, se suministre suficiente documentación para el Ciclo de Vida y se pueda repetir el diseño y construcción, incorporando las lecciones aprendidas.La documentación del proyecto está constituida por Modelos, Planos, Mediciones, Cálculos y Diagramas. Todos deben estar en condición as-built aunque cada uno debe tener su propio nivel de detalle, precisión y armonización