Concentración de sólidos en minoroductos

1) Introducción.

El transporte hidráulico de minerales y residuos de plantas de plantas de tratamiento se conoce desde el tiempo de los romanos.

Nora blatch, en “1906” fue probablemente la primera persona, en llevar acabo una investigación exhaustiva sobre el flujo de mezcla de sólidos y líquidos.

En el periodo de 1913 a 1924 funciono una tubería de 20cm., de diámetro en Inglaterra para transportar el carbón a una distancia de unos 600 m, desde unas barcazas en la tamesis hasta la central térmica de hammermitn en Londres.

Aunque posteriormente, se realizaron estudios como consecuencia de las operaciones de dragado, no fue hasta finales de los años 40 cuando se investigaron.

En 1984, Sograh (grenoble, Francia), la construcción en 1960 de unos mineroductos para caliza en Trinidad e Inglaterra. La primera instalación tenia casi de 10km. De longitud y un diámetro de 20 cm., mientras que la segunda era de 112 Km. y 25 cm., de diámetro.

Durante los años siguientes se modificaron algunas de las instalaciones ya existentes.

También se construyeron dos mineroductos para el transporte del caolín en Georgia y uno en la unión Soviética para carbón.

En 1967, comenzó a operar un mineroducto en Tasmania para transportar, 2.5 Mt/año de concentrado de hierro en una distancia de 85 Km, entre la planta de concentración y la de palatización. El diámetro de la tubería era de 25 cm, y el producto transportado tenia una concentración de sólidos del 60% en peso y una granulometría inferior a la ¿s 100 millas. La instalación atravesaba un terreno muy accidentado, con un desnivel de hasta 265 m.

En 1970, se construyo el hasta entonces mayor mineroducto, que era propiedad de Black Mesa Coal. Pipeline Inc. La longitud era de 437 km, con una diámetro de 46 cm, y con capacidad de transportar 5.5 Mt de carbón al año, desde Cuenca carbonífera de Black Mesa en Arizona hasta la Central térmica de Mohave en Nevada. Actualmente esta en funcionamiento transportando 4 MT/año con una disponibilidad de la instalación de un 99%.

A raíz de la crisis energética a comienzo de los años 70, este sistema de transporte empezó a tener un gran interés, sobre todo el Norteamérica. En 1982, se encontraban planificados seis instalaciones capaces de transportar mas 10.000 Km. De tuberías. Recientemente, se han construido algunas instalaciones para la extracción del carbón desde minas subterráneas: como ejemplo: esta el mineroconducto que actualmente tiene en funcionamiento Hulleras de sabero y Anexas.

2) Características generales y de diseño.

2.1 Pesos específicos y dureza de los sólidos.

Las hidromezclas conocidas son preparadas con materiales graduales cuyos pesos específicos cariam desde ligeros 2 pesados giisonita (1,1), arenas silíceas, calizas, fosfato (2,7); concentrados de cobre (4,3) y minerales de hierro (4,9).

La dureza de los sólidos es una propiedad que afecta, en el transporte hidráulico, al desgaste de las bombas

Tabla I

Escala de dureza

y de las tuberías, que son elegidas para vidas útiles entre 5 y 20. las escalas de dureza de uso común que se emplean en este campo son la Escala Mohs y el numero de millar, tabla 1, que significa unos valores de “abrasividad” a los minerales en función de la perdida de paso que sufre un estilete de acero al ensayarse sobre dicho mineral. El numero de millar también muestra un segundo valor que indica la atrición o degradación de las partículas durante el transporte por tuberías. No obstante, se ha encontrado que es prácticamente insignificante o muy pequeña en muchos materiales.

Granulometría

El tamaño de las partículas depende del proceso de tratamiento que se necesite en el aprovechamiento del mineral por ejemplo, los gránulos formados en la molienda de la caliza para la fabricación de cemento, los concentrado de cobre procedentes de flotación o los de hierra preparados para su peletizacion. Tienen una granolumetria ideal para su transporte hidráulico,. Por el contrario, otras sustancias como el carbón tienen un tamaño grueso con el fin de minimizar las dificultades de espesado y secado del material en la terminal de descarga.

Tabla II

Tamaño máximos de las partículas en el transporte hidráulico

Tabla III

Distribución granulométrica de los sólidos de una hidromezcla

la tabla dos recoge algunas de las granulometrías utilizadas en mineroductos en funcionamiento con el agua, constituyen el medio denso que sustenta de forma electiva las partículas gruesas durante el transporte. Lógicamente, la distribución la distribución de tamaños de partículas depende del tipo de trituración y molienda que se utilize, así como de los equipos de privado y clasificación. Un ejemplo_ de una distribución en la tabla III.

Concertación de sólidos.

Esta tabla muestra que hidromescla relativamente espesas pueden ser transportadas con partículas gruesas, siendo inversamente proporcionales a su peso especifico, por ejemplo carbón de 4 mm. Y magnetita de 150 micras.

Tabla IV

Concentración de sólidos en minoroductos

este flujo de dos fases puede ser fig. 1. uniforme, no uniforme, y segregado, según la distribución de los sólidos en la tubería.

Fig. 1.

En los primeros casos varia la distribución de las partículas sólidas en la sección de la tubería, aunque el comportamiento del flujo es el mismo que en el caso de distribución y uniforme. En el tercero, se produce una segregación y sedimentación de las partículas, dando lugar a un deslizamiento de una capa de sólido sobre las adyacentes.

Estos comportamientos diferentes son función de los parámetros que se definen el flujo, como caudal, concentración de sólidos, tamaño de partícula o peso especifico. El transporte de sólidos se realiza de modo mas electivo cuando el flujo se mueve en la zona de transición de laminar a turbulento, y predominantemente en este ultima.

El tipo de flujo turbulento supone un movimiento de las partículas según trayectorias muy irregulares, lo que ayuda a mantener en suspensión.

Reynolds encontró que un flujo era laminar cuando la velocidad del mismo se reducía de forma que R 2.000. la zona de transición de laminar a turbulento corresponde a valores de 2.0000  R  4.000 siendo este ultimo el limite a partir del cual el flujo es exclusivamente turbulento.

Parámetros de hidromezcla

Las características mas importantes de las hidromezclas que es necesario considerar en el transporte hidráulico son:

- Concentración

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