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Unidad Operativa

TOQUEPALA Tema Comité Autor (es) E-Mail

OPTIMIZACION DE LA MOLIENDA MEDIANTE LA IMPLEMENTACION DE UN SISTEMA EXPERTO EN LA CONCENTRADORA TOQUEPALA Proceso Metalúrgico Trabajo Técnico N° TT-130 Ing. Sergio Quiñones Manga, Ing. Carlos León Aguilar, Ing. Luis Beltrán Cajo. [email protected] Teléfono 052-466111-2240 [email protected] 052-466111-2240 [email protected] 052-466111-2507

1. Resumen. En los circuitos de molienda de la Concentradora Toquepala recientemente fue implementado un Sistema Experto con el objetivo de optimizar la capacidad de molienda. El control operacional de la molienda mediante el Sistema Experto ha permitido incrementar la capacidad de molienda en 4.1%. La operación del Sistema Experto está basada en: información disponible desde la instrumentación de campo, el análisis en línea de la información recepcionada y las acciones inmediatas generadas luego del análisis, diferenciándose así de un control manual en el cual la optimización del tonelaje procesado es desarrollado en intervalos de tiempo. El Sistema Experto está sustentado en una plataforma proporcionada por un software al cual ha sido integrada en forma de modelos matemáticos y lógicas de control la experiencia operativa de profesionales y técnicos de la Concentradora Toquepala. Las acciones del Sistema Experto están orientadas a maximizar el tonelaje procesado, manteniendo en la pulpa producida para la flotación, condiciones de calidad adecuadas para optimizar las recuperaciones de los elementos valiosos. La toma de decisiones del Sistema Experto en lo referente a tonelaje a procesar está basada principalmente en los consumos de potencia de cada uno de los molinos en los circuitos convencionales.

2. Objetivos. Los objetivos que se planificaron alcanzar con la implementación del Sistema Experto han sido los siguientes: 

Optimizar la capacidad de molienda de la Concentradora Toquepala en diferentes condiciones de dureza del mineral (duro, normal o suave).

1



El producto de molienda (rebose de ciclones), debe tener características adecuadas para su mejor aprovechamiento en la siguiente etapa: flotación primaria (granulometría y porcentaje de sólidos). En la actualidad se produce una pulpa con P80 en el rango de 180 a 190 micrones.



Reducir el consumo específico de energía a través del incremento del tonelaje procesado.

3. Descripción del Proceso de la Molienda en la Concentradora Toquepala. La Concentradora Toquepala, una de las Unidades de Producción de Southern Peru Copper Corporation tiene una capacidad nominal de molienda de 60,000 TM por día de mineral pórfido de Cobre procedente de la mina a tajo abierto distante a 7 Km. El mineral es procesado en las siguientes etapas: chancado, molienda, flotación, planta de Molibdeno, filtración y espesamiento de relaves. Se obtiene como producto principal concentrado de Cobre y como subproducto concentrado de Molibdeno. La etapa de molienda, proceso de interés para el presente trabajo, comprende cinco secciones independientes, cuatro de ellas formadas por circuitos convencionales de molinos de barras y bolas, y la quinta sección constituida por un molino unitario. Cada sección convencional está formada por dos molinos de barras (molienda primaria) de 10 pies de diámetro por 14 pies de longitud los cuales operan en circuito abierto, cada uno de ellos envía su descarga a la alimentación de tres molinos de bolas (molienda secundaria) de 10.5 pies diámetro por 13 pies de longitud los cuales operan, de manera independiente, en circuito cerrado con un ciclón D26. En la molienda convencional se procesa aproximadamente el 80% del mineral alimentado a la planta. (Ver Diagrama 1) Diagrama 1. Diagrama de Flujo Molienda Convencional.

M o l.B a rra s

A lim enta ción deM ine ral

M o l.B a rr a s

D esca rgaM olino

D esc argaM olin o

A lim e n t a c ió n M B o la s

M .B o l

M .B o l

M .B o l

M .B o l

M .B o l

M .B o l

A lim e n ta c ió n C ic ló n / D e s c a rg a M .B o la s R e b o s e d e C ic ló n

R e b o s e d eC ic ló n

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La quinta sección de molienda está conformada por un molino unitario de bolas de 21 pies de diámetro por 33.5 pies de longitud que trabaja en circuito cerrado con una batería de 8 ciclones D26. En esta sección de molienda se procesa aproximadamente el 20% del mineral alimentado a la planta. (Ver Diagrama 2)

Diagrama 2. Diagrama de Flujo Molienda Unitaria.

La molienda entrega un producto en el rebose de ciclones con un P80 de 180 a 190 micrones que equivale aproximadamente 16 % acumulado retenido sobre la malla +65.

4. Descripción del Sistema Experto. 4.1.

Definición del Sistema Experto.

Un Sistema Experto está basado en programas de computación que se derivan de una rama de la investigación informática llamada Inteligencia Artificial (IA). Los esfuerzos de la IA se realizan con el objetivo de analizar y solucionar los problemas de diversas áreas, a través de conceptos y métodos para construir los programas que razonarán acerca de ellos. Como tal, un Sistema Experto debería ser capaz de procesar y memorizar información, aprender y razonar en situaciones determinadas e inciertas, comunicarse con los hombres y/o otros Sistemas Expertos, tomar decisiones apropiadas, y explicar por qué se han tomado tales decisiones. Se puede pensar también en un Sistema Experto como un consultor que puede suministrar ayuda, o en algunos casos sustituir completamente, a los expertos humanos con un grado razonable de fiabilidad, esto dependerá de cuantos expertos humanos hayan combinado su conocimiento durante el desarrollo del Sistema Experto. Los Sistemas Expertos pueden responder a preguntas y resolver problemas mucho más

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rápidamente que un experto humano. Por ello, estos sistemas son muy valiosos en casos en los que el tiempo de respuesta es crítico. El Sistema Experto usado en la Concentradora Toquepala se basa en lógica difusa (fuzzy logic) que es muy usada en estos sistemas y busca aproximar un valor de verdad (condición dada por múltiples variables) y responder adecuadamente con una acción

respuesta.

El

conocimiento

experto

se

expresa

usando

las

reglas

(principalmente IF… THEN… ELSE…), que trabajan en tiempo real y pueden imitar la capacidad humana de concentrarse en problemas específicos, estas reglas analizarán y responderán acerca de un conjunto dado de condiciones, actuando sobre el proceso a fin de optimizarlo. 4.2.

Partes del Sistema Experto.

Cada Sistema Experto consiste de dos partes principales: la base del conocimiento y el razonamiento o motor de inferencia: Base de Conocimientos: Consiste en las reglas, procedimientos y datos intrínsecos al área del problema. Generalmente se construye a través de consulta con uno o varios expertos del área, para incluir el conocimiento heurístico, manuales, etc. La base en sí contiene el conocimiento del sistema con respecto a un tema específico para el que se diseña el sistema. Este conocimiento se codifica según una notación específica que incluye reglas, predicados, redes semánticas, marcos y objetos. El conocimiento heurístico es el de la buena práctica, del buen juicio y del razonamiento admisible en el campo. Motor de inferencia: Es el mecanismo usado para extraer el conocimiento de la base establecida, para alcanzar una solución o conclusión determinada. Combina los hechos y las preguntas particulares, utilizando la base de conocimiento, seleccionando los datos y pasos apropiados para presentar los resultados, a través de la interfase con el usuario que es el medio de comunicación entre el Sistema Experto y el experto humano. Diagrama 3. Componentes típicos de un Sistema Experto.

4

4.3.

Etapas del Desarrollo de un Sistema Experto.

Según la literatura especializada se tiene generalmente las siguientes etapas para el diseño e implementación (Ver Diagrama 4): Diagrama 4. Etapas del Desarrollo de un Sistema Experto.

5. Descripción de la Implementación del Sistema Experto en la Molienda. 5.1.

Molienda Convencional.

5

El Sistema Experto basa su operación en el análisis de reglas que han sido evaluadas por los diferentes Departamentos de la Concentradora Toquepala: Operaciones, Control de Procesos y Metalurgia, las mismas que han sido expresadas en el Sistema Experto como lógica difusa. Se utiliza lógica difusa para manejar de manera adecuada diversos escenarios de una misma variable, p.e. si la granulometría está baja, entonces el tonelaje podrá ser incrementado en cierto grado observando a la vez otras variables: perturbación de la presión de alimentación a los hidrociclones, niveles de cajón, frecuencia de la bomba, etc. Para la molienda convencional el incremento o decremento del tonelaje procesado depende principalmente de la pendiente del valor del consumo de energía de los molinos de bolas la cual es revisada por el sistema cada 600 seg. Por ejemplo si la pendiente es positiva significa que el molino se está descargando y por ende se puede incrementar el tonelaje, en caso contrario con pendiente negativa el molino se estaría cargando y se reduciría el tonelaje alimentado para evitar problemas operativos como la generación de un producto grueso para la flotación. Un factor importante en el Sistema Experto de la molienda convencional es la distribución de pulpa en la descarga del molino de barras para alimentar a los molinos de bolas. Para esto el Sistema Experto evalúa la desviación estándar de la población de datos de las variables: frecuencia de la bomba del ciclón, nivel de cajón de la bomba y la presión al ciclón de clasificación, en los últimos 300 seg. En el caso de que alguna de las anteriores variables superen sets definidos, el Sistema Experto ejecuta una regla que considera corregir el estado de sobrecarga de cada molino y por ende redistribuye la carga hacia los otros molinos de bolas; en el caso que la sobrecarga se presente en 2 o 3 molinos a la vez, el Sistema Experto considera ejecutar una disminución del tonelaje procesado. La pantalla general contiene los lazos de control, elementos de campo y los flujos de procesos, así como las entradas y salidas hacia el APC (Advanced Controller) que es el controlador para una determinada semi-sección. (Ver Diagrama 5)

Diagrama 5. Esquemática principal para una semisección de la Molienda Convencional.

6

5.2.

Molienda Unitaria.

En el caso del molino unitario los incrementos o drecrementos se dan fundamentalmente por la granulometría que entrega en línea el Analizador de Tamaño de Partículas, posteriormente observa el consumo de energía del molino, luego evalúa el amperaje de la bomba de ciclones. Para la condición de decremento de tonelaje el Sistema Experto además de lo mencionado también evalúa la condición de carga circulante y el agua al cajón de descarga del molino, esto debido al criterio de maximizar el procesamiento y reducir el tonelaje sólo en condiciones muy necesarias. (Ver Diagrama 6)

Diagrama 6. Esquemática Principal para la Molienda Unitaria.

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5.3.

Equipos Instalados Para la Implementación del Sistema Experto:

Con la finalidad de implementar el sistema experto en la molienda de la Planta Concentradora las siguientes facilidades fueron implementadas: •

Actuadores para los brazos de los splitters distribuidores de carga desde los molinos de barras hacia los molinos de bolas, 2 por cada molino de barras para distribuir la pulpa a los 3 molinos de bolas. Comunicación de sus estados y control de los mismos desde la consola de operación DCS.

•

Válvulas y flujómetros en las líneas de agua recuperada a la descarga de los ciclones de clasificación.

•

Se habilitaron a través de un adecuado mantenimiento los sensores de presión de la línea de alimentación de pulpa a los ciclones.

Además se utiliza en el Sistema Experto instrumentación que ya se tenía implementada: variadores de velocidad de las bombas de ciclones, variadores de velocidad de los alimentadores de mineral, analizador de tamaño de partículas, etc.

6. Resultados.

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En la tabla 1 se muestran las variables más importantes con las que se evaluó el beneficio de la implementación del Sistema Experto.

Tabla 1. Variables Operativas antes y después del Sistema Experto.

Datos

TMS/día

Enero Marzo Abril Mayo Promedio

59,112 57,824 58,473 59,520 58,732

Mayo Junio Noviembre Diciembre Enero Promedio

59,694 61,002 62,018 61,883 61,164 61,152

Malla +1/2 2007 16.40 15.58 14.11 14.05 15.0 2008-2009 17.82 17.18 14.28 13.89 11.78 15.0

WIB

Malla+65

13.48 14.13 13.79 14.45 14.0

20.12 19.94 20.06 22.01 20.5

14.95 13.95 13.42 13.90 13.94 14.0

18.60 19.66 17.31 18.85 18.06 18.5

Se presenta a continuación el gráfico 1 en el que se observa la mejora dada con el Sistema Experto en el tonelaje procesado y en la calidad de pulpa alimentada a la flotación primaria expresada como porcentaje retenido sobre la malla +65.

Gráfico 1. Principales variables de evaluación de la implementación del Sistema Experto. Valores antes y después de la implementación.

22.0

62,000

20.0

61,000

18.0

60,000

16.0 59,000

14.0

58,000

12.0 10.0

57,000 Sin Experto TMS/día

Experto Malla +1/2

7.- Conclusiones.

9

WIB

Malla+65

TMS/día

Comparación Operativa con el Experto



La implementación del Sistema Experto en la molienda de la Concentradora Toquepala permitió la estandarización de las buenas prácticas operativas y la preservación de la experiencia de los profesionales y técnicos de la Concentradora Toquepala en una plataforma adecuada con respuestas al proceso de manera continua y en tiempo real.



Se incremento la capacidad de molienda en 4.1% en relación a tonelajes procesados sin el Sistema Experto para condiciones similares de dureza de mineral y de granulometría en la alimentación.



Como resultado del incremento de la capacidad de molienda se redujo el WI Operacional en aproximadamente 0.6 kwh/tc.



Se optimizó la calidad de la pulpa producto de molienda alimentada a flotación, la reducción en la malla 65 de control fue de 2.0% (de 20.5 a 18.5). Lo anterior permite la obtención de mejores resultados en las recuperaciones de Cobre y Molibdeno.

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