Pre-procesamiento de minerales con fines de eficiencia energética.

†Daniel Sbarbaro †Javier Riedemann †Rubén Peña ‡Ramón Blasco

†Departamento de Ingeniería Eléctrica.Universidad de Concepción. Chile

‡Universidad Politécnica de Valencia. España

Titulo Presentación

Temario de la Presentación

Métodos tradicionales de molienda.ObjetivosSistemas Eléctricos de moliendaMolienda usando pulsos de voltaje. Caracterización del materialResultados muy preliminares Trabajo actual y futuro. Comentarios finales.

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Objetivo GeneralDesarrollar un sistema para procesos de trituración continua usando principios de electro descarga para aumentar la eficiencia en el procesamiento de minerales.

Objetivos Específicos.Caracterizar materiales bajo estudio y pruebas preliminares de fragmentación de rocas con pulsos de alto voltaje.Desarrollar electrónica y control para generación de pulsos de alto voltaje.Evaluar requerimientos energéticos y explotar el uso de la energía solar como fuente primaria de energía. Establecer los requerimeintos para ensayos “in-situ” (mining applications) en el largo plazo.

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Métodos Tradicionales de Molienda • La trituración de materiales en procesos de molienda consume alrededor del 50%–70% de la energía usada en operación de procesamiento de materiales.• La eficiencia de los procesos tradicionales de molienda es bastante baja, cercana al 1%.

•Desde hace varias décadas la investigación en este ámbito ha estado enfocada en utilizar otros principios físicos tendientes a realizar los procesos de molienda de manera más eficiente.

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Sistemas Eléctricos de MoliendaCorriente alterna. Relativo bajo voltaje (1kV-6.8kV), Alta frecuencia (1000Khz-27Mhz). Rocas calentadas por medio de un campo oscilatorio. Resistencia eléctrica varía fuertemente. Consumo de energía dependiente fuertemente del aumento en voltaje.Trabajos posteriores usaban pulsos de voltajes DC para fragmentar las rocas “debilitadas” por el campo oscilatorio.Rocas (mineral de cobre de El Salvador) se trituró en varias partes después al aplicar un pulso de 360J después de dos minutos de aplicar un voltaje de 6kV a 500kHz

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Sistemas Eléctricos de MoliendaDescargas eléctricas. Corriente continua. Alto voltajeLas figuras dan cuenta de la enorme potencia que conllevan las descargas atmosféricas (rayos). Una liberación de energía en un muy corto tiempo.Según la literatura, al producirse una descarga, el aire alrededor del rayo puede elevar su temperatura hasta una 10 veces la temperatura en la superficie del sol.

Basado en este fenómeno de la naturaleza surgen diferentes ideas para aplicaciones de fracturación de rocas.

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Material inmerso en aguaRuptura de rocas mediante ondas de choque. Ruptura por comprensión.

Primeros trabajos consideraban el material inmerso en agua y la descarga eléctrica producía una propagación de una onda de choque hacia la roca.

La mayoría de la energía se refleja en el medio agua/roca.

El desempeño depende fuertemente de la distancia entre la fuente de la onda y el objetivo (roca).

Por lo tanto la eficiencia del sistema es baja. Comparada con qué??

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Material inmerso en aguaDescarga a través del mineral (Ruptura por tracción)

Si la descarga se produce a través del mineral, la mayoría de la energía se libera dentro de la roca. La onda de choque inicialmente causa una compresión dentro de la roca. La onda de choque se refleja en el medio roca/agua y retorna como ondas de tracción expansivas. Se produce un debilitamiento de la resistencia a la tracción en la roca. Finalmente la roca se fragmenta.

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Material inmerso en aguaEl siguiente cuadro ilustra los consumos de energía por pulsos para ambas condiciones.

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Molienda usando pulsos de voltajeCómo asegurar que la descarga se produce por la roca y no por el agua???Depende del gradiente de voltaje (El umbral depende del material)

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Molienda usando pulsos de voltajeGradiente de voltaje para descarga en agua para distintos valores de espacio entre los electrodos. Tiempo de subida menores a 2us. Se podría asegurar que la descarga se puede producir a través de la roca.

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Molienda usando pulsos de voltajeRetardo en la producción de la descarga dependiendo de a distancia entre los electrodos en el agua (sin material) . Mientras mayor es la distancia mayor es el retardo.

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Generación de pulso de voltajeLa mayoría de los experimentos para producir elevados voltajes DC utilizan un generador de Marx

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Características : - 1,2MV con la forma de onda 1,2/50us (la onda tipo rayo). - 900kV con la onda tipo maniobra 250/2500us - Máxima derivada de tensión conseguido 1000kV/us. - Máxima corriente que genera con la onda tipo rayo: 3kA. - Energía: 60kJ

Sistema de monitoreo y ajuste en línea

Generador de Marx

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Caracterización del mineral.

Estructura eléctrica de una roca?

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Caracterización del mineral.

Propiedades eléctricas de las rocas. Caracterización vía parámetros eléctricos (resistividad, capacidad)Analizador de impedancias.Estudiar dependencia de la humedad.

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Caracterización del mineral.(Parámetros Eléctricos)

Muestra húmeda (Z-R-X a distintas frecuencias)

Muestra seca (Z-R-X a distintas frecuencias)

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Trabajo Presente y Futuro.Modelación del proceso? Existen varios modelos para evaluar la trituración de materiales en términos de requerimientos de niveles de voltaje, gradientes de voltaje y energía, pero en esta etapa se realizará un método más bien empírico. Caracterización de varias muestras de materiales con diferentes niveles de humedad. Realizar pruebas de trituración de material con diferentes muestras y condiciones para determinar gradientes de voltaje y consumos de energía.Evaluar topologías para generación de pulsos de voltaje.Evaluar alternativas de la fuente de energía primaria para el generador de pulsos de voltaje.

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Comentarios y Desafíos.Finalmente, en el largo plazo es necesario contar con un sistema de trituración:• De trabajo continuo• Robusto• Seguro• De mayor eficiencia desde el punto de vista:

- de la calidad del material obtenido- Del consumo energético

• Con costos de inversión y de mantenimiento competitivo.