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TALLER DE FLOTACIÓN y SEPARACIÓN SÓLIDO - LÍQUIDO

"Auto matización de la Descarga de los Espesadores de Relaves y Adquisición

del Espesador Hi Rate en la Concentradora Toquepala"

T eco. Elie Aogles ( so UTHERN PER U LIMITED)

C.I.!

SOUTHERN PERU LIMITED CONCENTRADORA TOQUEPALA

r AUTOMA TIZACIÓN [)E. LA DESCARGA DE LOS ESPESADORES DE RELA VES Y ADQUISICiÓN DEL ESPESADOR HI RA TE EN LA CONCENTRADORA TOQUEPALA

1.

ABSTRACTO El creciente incremento de la competencia en minería a nivel mundial y el constante adelanto en tecnologías nos obligan a replantear nuestras estrategias de producción y disminución de costos. Avances en el campo de la Automatización y el Control de Procesos, los cuales sintonizan aceptablemente con la naturaleza de nuestras operaciones, nos permiten trazar rutas de mejora en nuestro proceso con la finalidad de hacerlo más eficiente en términos de economía y productividad. La Automatización de la descarga de los Espesadores de Relaves y la adquisición de un Espesador de última tecnología responde a estas necesidades y busca otorgar ventajas competitivas a las operaciones de Southern Perú en Toquepala, elevando a su vez su nivel tecnológico.

2.

AUTOMA TIZACIÓN DE LA DESCARGA DE LOS ESPESADORES DE RELA VES.

2.1 Justificación del Proyecto. El proyecto nace como respuesta a la necesidad de una automatización global de las operaciones en la Concentradora Toquepala, con la finalidad de optimizar los trabajos y reducir costos. La importancia del proyecto reside en tres consideraciones:

.

La necesidad de recuperar la mayor cantidad de agua posible para su reutilización en las operaciones de molienda y flotación.

.

Las ventajas que traería el mantener constante la operación de los Espesadores de relaves con el propósito de: * Optimizar el consumo de floculante. * Minimizar variaciones indeseadas Underflow.

en

la

densidad

del

* *

.

Evitar presencia de lamas indeseables en el agua clarificada que se recupera. Minimizar o eliminar la posibilidad de una parada de Espesador debido a descuido en el monitoreo de sus parámetros de operación.

La importancia de maximizar la automatización de las operaciones con la finalidad de llevar un control centralizado de

las mismas.

.

2.2 Nuestros actuales Espesadores. Actualmente se cuenta con tres Espesadores de Relaves Dorr Oliver de tracción, de 325' de diám. (99 metros aprox.) cada uno, operando los tres en forma continua. El material de alimentación está constituido por las colas de la flotación primaria (Rougher), las que constituyen las colas finales de la etapa de flotación. Estas poseen un porcentaje de sólidos promedio de 34%, con una gravedad específica de mineral de 2,8. Considerando estos parámetros, y para un tonelaje de alimentación a Planta de 52 mil TCSD, la alimentación a Espesadores aproximadamente es de 19400 GPM (6450 galones por minuto para cada espesador). En peso, esto representa aproximadamente 17 mil toneladas cortas secas diarias de alimentación a cada equipo. El consumo de floculante en promedio es de 0,0050 IbrrC. Tanto alimentación de carga como de floculante yagua de dilución se realizan por la parte central de los Espesadores.

2.3 Sus Parámetros de Operación. Son tres los parámetros de operación que se monitorean en estos Espesadores:

* * *

Nivel de Lamas (Interfase sólido-líquido) Amperaje del motor del Rake (Rastrillo) Porcentaje de Sólidos en la descarga (Underflow)

Estos tres parámetros son fundamentales para la correcta operación de los equipos. El nivel de Lamas nos indica si el espesador esta cargado o descargado, e incide sobre el amperaje del motor del Rastrillo y sobre el porcentaje de sólidos en la descarga. A un nivel de lamas alto se le atribuye un Espesador cargado. Dependiendo del amperaje de consumo del motor del Rastrillo, frente a un amperaje sobre valores normales se puede incrementar la dosificación de floc;ulante o descargar el espesador, aumentando el diámetro de la descarga del equipo (U'flow). Un amperaje sobre el límite normal de operación indica que el espesador se encuentra cargado, y que es necesario descargarlo.

C-I

El floculante es un agente químico que permite mejorar la performance de un espesador, pero su adición tiene límites. Una baja dosificación del reactivo ocasionará una pobre floculación, por consiguiente una disminución de la velocidad de sedimentación. El floculante tiene un límite máximo de dosificación, por sobre el cual ya no se produce un aumento en su acción. Exceder este límite máximo puede traer como consecuencia la formación de un coagulo de floculante alrededor del rastrillo, similar a una 'dona', efecto

indeseable.

.

La determinación del porcentaje de sólidos de la descarga es un indicativo de cuanta agua se está recuperando. A mayor porcentaje de sólidos en la descarga, mayor será la cantidad de agua que se recupera, por consiguiente a menor porcentaje de sólidos en la descarga, menor será la cantidad de agua que se esta recuperando. Entonces si se está operando el Espesador con un nivel de lamas bajo el óptimo y con un amperaje del motor del rastrillo igualmente en límites permisibles, es lógico que se apunte a aumentar el porcentaje de sólidos en la descarga, disminuyendo el diámetro de la misma con la finalidad de recuperar más agua, pero teniendo en cuenta manejar porcentajes de sólidos que no pongan en riesgo el flujo de la descarga. En base a estos criterios es que se planteó la posibilidad de un manejo automático de estos equipos, naciendo el "Proyecto de Automatización de la Descarga de los Espesadores", materia de esta presentación. 2.4

Proyecto de Automatización. El proyecto contempla el manejo automático de la descarga de los Espesadores y la adición de floculante en base a los parámetros antes mencionados, con la justificación de un incremento en la recuperación de agua, una operación constante y eficiente y una integración de este sistema dentro de la red de control (monitoreo de información). El proyecto recibió aprobación y recursos en 1996, y su ejecución empieza a inicios de 1997. Este se complementa con la compra de un espesador de última tecnología, conocido como Hi-Rate o de alta capacidad, de la marca Outokumpu. El proyecto fue dividido en ocho etapas: * Inicio (Alcances). * Ingeniería Básica. * Ingeniería de detalle. * Simulación y prueba del sistema de control. * Instalación de la automatización. * Puesta en marcha. * Entrenamiento en la operación. * Evaluación final.

ColA

En el inicio se analizaron ~us alcances y los responsables del desarrollo del mismo para cada etapa (personas y departamentos). En la etapa de Ingeniería básica quedaron definidas las estrategias de control, se especificaron los equipos necesarios y se probaron y evaluaron equipos de proveedores diferentes, se definieron las especificaciones y requerimientos del sistema de supervisión y se oficializaron los alcances del proyecto. En la etapa de Ingeniería de detalle se ha definido la configuración del control y se está analizando los requerimientos para la elección del software de supervisión. Definida la estrategia y los lazos de control necesarios, se procedió cO!, ::' 3elección de los instrumentos automáticos. El arreglo de los lazos de control y de los instrumentos requeridos se muestra en la figura 2.4.1. Los tres Espesadores Dorr Oliver tendrán el mismo arreglo en cuanto a equipo de instrumentación y lazos de control. 2.5

Lazos y Estrategias de Control Un primer lazo de control es el destinado a la adición de floculante. Este trabajará en base a la señal del nivel de lamas en el Espesador (variable medida) la que servirá para controlar el flujo de adición de floculante al mismo (variable manipulada) actuando sobre el variador de velocidad de la bomba dosificadora. Idealmente el flujo total de relaves provenientes de la Planta Concentradora, debería repartirse en tres flujos iguales, direccionados uno a cada espesador, pero debido al comportamiento operacional particular de cada uno de ellos, comunmente uno recibe más carga que los otros dos. La carga a ser distribuida a los Espesadores primero llega a un tanque distribuidor (Castillo). Con la finalidad de mantener un nivel constante en este tanque se ha ideado un loop de control cuya variable medida estará representada por la señal de nivel (ultrasonido) y la variable manipulada regulará la apertura de las válvulas de alimentación a los equipos (igual apertura para los tres). El loop principal de control será el destinado a manejar de manera automática la descarga del Espesador. Este programa razonará de la siguiente manera: Como variables sensadas se usarán la señal de nivelo interfase sólido-líquido provista por un transmisor de ultrasonido, la señal de un transmisor de corriente consumida por el motor del rastrillo y la señal de % de Sólidos de la descarga, entregada por un sensor de densidad. En el inicio, el programa espera cierta cantidad de minutos para la toma de datos de campo. El primer nivel de decisión lo realizará en base a la señal de amperaje del transmisor de corriente consumida por el motor del rastrillo, si la señal de corriente resultase mayor a 8,5 amperios, consumo elevado, se considerará como condición

DIAGRAMA PI&D DESCARGA DE ESPESADORES DE RELAVES FIGURA 2.4,1

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anormal por lo que el progr~ma ingresará el valor de dicha señal a una ecuación predeterminada que dará como respuesta un determinado porcentaje de apertura de la válvula de descarga (U'flow), luego de esta acción el programa regresará a su punto de partida. En cambio, si el amperaje fuera menor o igual a 8,5 amperios se considerará como condición normal, en este caso el programa pasará a un segundo nivel de decisión en el cual evaluará el nivel de las lamas o nivel en el que se encuentra la interfase sólido-líquido. Si la señal de nivel representase un valor menor o igual a 25", se considerará una condición anormal y la señal sensada será introducida a una ecuación predeterminada la que dará como resultado un determinado porcentaje de apertura de la válvula de descarga (U'flow), luego de esto el programa regresará a su punto de partida. Una condición normal en cuanto a nivel de lamas se refiere, significaría tener una señal que represente más de 25" desde la superficie de rebose del espesador hasta el inicio de la interfase sólido-líquido. De encontrarse el programa en esta situación, pasará a un tercer nivel de decisión en base al análisis de la señal de % de Sólidos de la descarga del Espesador (U'flow). De procesar una señal que represente un porcentaje de sólidos menor a 65%, este valor será ingresado a una ecuación predeterminada, la que dará como resultado un determinado porcentaje de cierre de la válvula de descarga del espesador; realizada esta acción el programa regresará a su punto de partida. En cambio, de procesar una señal mayor a 65%, el programa pasaría a un cuarto nivel de decisión en el que evaluaría lo siguiente: Si la señal representase menos de 68% de sólidos, el programa regresaría a su punto de partida sin realizar modificación alguna; en cambio, si esta señal representase un valor mayor a 68% de sólidos, sería ingresada a una ecuación predeterminada que daría como resultado un porcentaje de apertura de la válvula de descarga del espesador, luego de esto el programa regresaría a su punto de partida. En la figura 2.5.1 se muestra el diagrama de flujo de la Estrategia de control.

2.6

Instrumentación

adicional.

Con la finalidad de analizar la variable 'presión de descarga del espesador' y su relación con las variables 'nivel de interfase', 'amperaje del motor del rastrillo' y 'porcentaje de sólidos en la descarga', se decidió instalar sensores de presión en las líneas de descarga de los espesadores. Dependiendo de los resultados de este análisis, se evaluará la manera de incluir esta señal dentro de la estrategia de control.

C-I.-

3.

ESPESADOR DE ALTA CAPACIDAD

3.1

(HI RATE).

Breve descripción. El concepto del espesador de alta capacidad fue desarrollado por Outokumpu Mintec de Finlandia y Tecnologías Supaflo de Australia por el año de 1994. Los espesadores Hi Rate Supaflo tratan las lamas de tres a diez veces más rápidamente en promedio, que las unidades convencionales de tipo decantación. Generalmente, a comparación de un espesador convencional equivalente, las unidades Hi Rate poseen entre la tercera parte o la mitad del diámetro de estos, es por esta ventaja que, teniendo menos volumen, presentan una rápida reacción a los parámetros de operación y, de este modo, permiten el uso de un sistema de control de ciclo cerrado para minimizar la supervisión del operador. Otros beneficios incluyen un alto contenido de sólidos en la descarga, bajo tiempo de retención, gran calidad en el rebalse y bajos costos de inversión y operación.

3.2 Justificación

para la compra.

En la actualidad se cuenta con tres espesadores de colas ya descritos los cuales requieren de un mantenimiento completo, el cual sólo sería factible en la actualidad, procesando a dos terceras partes de nuestra capacidad actual, por el tiempo que demorase el mantenimiento. Dentro de las limitaciones que se tienen actualmente, se consideran:

.

La capacidad de tratamiento de los espesadores: estos fueron diseñados para una capacidad de 35 mil toneladas por día y en la actualidad se esta procesando 52 mil toneladas por día en promedio.

.

La presencia de lamas también es una limitante para el incremento de nuestra capacidad de procesamiento y recuperación de agua. Para evitar su presencia se tiene que incrementar la descarga del espesador obteniendo como consecuencia, una mayor pérdida de agua.

Los proyectos futuros que impliquen incremento de producción se verían ampliamente respaldados con la concretización de este proyecto el que además nos proporcionaría de la capacidad suficiente como para poner uno de los actuales tanques fuera de línea, para efectos de mantenimiento.

DIAGRAMADE FLUJO - CONTROL DE UNDERFLOWDE ESPESADORES , ,

Es (CIERRA)

C-\.9

3.3 Tecnología innovadora del Hi Rate Ventajas Tecnológicas

1. Sistema hidráulico de movimiento de Rastras.Este sistema provee de excelente torque, fuerza y robustez de empuje que garantizan una larga vida y un mínimo mantenimiento. Posee cuatro niveles de seguridad en caso de inconvenientes y el cuerpo principal del sistema de transmisión de movimiento y del rastrillo están diseñados para fallar primero en caso de imponderables no atacados a tiempo.

2. Mecanismo automático de levante y descenso de rastras.Basado en cilindros hidráulicos montados a lo largo de la caja de engranajes planetaria y una bomba hidráulica independiente. Esta provisto de switches de presión y válvulas del tipo Relief en caso de fallas.

3. Brazos del Rastrillo.El diseño triangular de los brazos del rastrillo, así como el menor peso de las estructuras, por ser estas huecas permiten una mínima resistencia en movimiento y un frente que minimiza la posibilidad de formación del efecto 'dona' (doughnut) indeseable. -

4. Panel de Controlpara señales standard.Para el monitoreo de las señales tanto del nivel de la interfase (cama de sólidos) como de la presión de descarga. Ambas señales estándar compatibles con cualquier equipo de control estándar tipo DCS. 5.

Pozo de Alimentación 'Floc-Miser Supaflo'(feedwell) con el sistema 'Autodilution' .Uno de los más notables adelantos en tecnología de separación sólido-líquido fue la desarrollada por Supaflo para sus espesadores. El sistema de autodilución dentro del pozo de alimentación 'Floc Miser' provee de muchas ventajas operacionales, entre ellas: . El pozo de alimentación Supaflo provee de 1 a 1,5 minutos de tiempo de retención operando al máximo tonelaje de especificación y con un diseño que permite maximizar la deaereación de la pulpa. . Una alimentación semitangencial de la pulpa, una velocidad controlada y baffles variables contribuyen con la homogenización de esta. . Un sistema de dilución utilizando el agua clarificada circundante al pozo de alimentación, que ingresa a este

C.l.lO

.

aprovechando una diferencia de niveles producto de la diferencia de densidadés. Un plato deflector en el fondo del pozo de alimentación permiten un ingreso y distribución de la ali,mentación en la zona fluidizada sin afectarla. En la figura 3.3.5.1 se ilustra el pozo de alimentación 'Floc Miser'. . ,. .

A todas estas ventajas se suma su menor tamaño en cuanto a diámetro, pudiendo representar la mitad o hasta la tercera parte del diámetro de un equipo convencional de capacidad comparable. De acuerdo a las pruebas a nivel laboratorio y piloto realizadas en Toquepala se llegó a la conclusión de que su compra representaría un paso importante y de respaldo para los futuro proyectos de ampliación de la capacidad de producción de este yacimiento. En cuanto a consumo de floculante, se debe de indicar que este equipo necesita de una dosificación diez veces mayor que la de un espesador convencional nuestro, punto ampliamente superado por las demás ventajas mencionadas.

Dilution Water

Floc-Miser Feedwell S.G = 1.1 Feed Slurry

1.11

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