Parámetros y regímenes de hidrotransporte del mineral laterítico aplicados en la empresa Moa Níquel SA (página 2)

Dm = (? gi* dmi ) / G ? El mineral empleado en la elaboración de este trabajo pertenece al yacimiento Atlantic, zona sur (L-2) y al frente de arranque (D-34), con la siguiente composición: Ni (1.20 %), Co (0.06 %), Fe (44.18 %), Mg (0.50 %). El análisis granulométrico muestra que el 85 % del mineral tiene un tamaño menor de 0.044 mm y el 15 % restante está representado por impurezas fundamentalmente de granallas de hierro con un tamaño de 3-6.5 mm y pequeñas cantidades de serpentinas. La determinación de la composición granulométrica de una muestra de mineral, y del diámetro medio de las partículas se realizó por la siguiente metodología: – Determinación del peso de la muestra. – Qmín = 0.02 d2 + 0.5 d ; [ Kg.] (2.1) – Se eligió una torre de tamices, conservando constante la razón (módulo) de las medidas de cada criba anterior a la siguiente, e igual a 2 . – Después del cribado que se realiza por vía húmeda, se descanta cada muestra y se secan en una estufa. Cada clase constituye una muestra, la que se pesa y se determina el por ciento en peso respecto a la masa original. – El diámetro medio de la fracción de la muestra se determina por la fórmula siguiente: dmi = (d1+ d2) / 2 (2.2) donde d1: diámetro del mineral tamizado. d2: diámetro del mineral retenido. – El diámetro medio para toda la muestra es: n

i=1 ó dm = ( n

i=1 a i*dmi ) / 100 (2.3) donde: gi : peso de cada clase. ai : contenido de la fracción, %. dmi: diámetro medio de la fracción. G : peso total. En la Tabla 1, se dan los resultados del análisis granulométrico realizado a una muestra de mineral con un peso total de 1.013 Kg. El diámetro medio de las fracciones calculadas fue de 0.44 mm. Para la determinación de la densidad del sólido se aplicó la metodología del picnómetro, registrándose experimentalmente para el mineral analizado una densidad media de 3334 Kg/m3. Durante los ensayos para determinar la velocidad de caída libre (tamaño hidráulico) de las partículas se observó que la sedimentación de las partículas en un medio en reposo es suave y sin la presencia de torbellinos, lo que permite asegurar que la sedimentación de las partículas en condiciones de reposo se efectúa en un régimen laminar. El número de Reynolds calculado a partir del diámetro de las partículas fue de Re << 2. La investigación de la velocidad de caída contrariada se realizó en una probeta de 200 cm3 y un diámetro de 91 mm. La pulpa preparada con 20, 25, 30, 40, 45 y 50 % de sólido en peso se añadió a la probeta. Las curvas que representan la relación entre la altura de descenso del sólido en el agua, (H.) y el tiempo en que se efectúa este proceso, (t), muestran que a partir de la concentración de 30 %, aparece una zona casi paralela al eje del tiempo, donde la sedimentación es casi nula en comparación con la etapa inicial de las curvas; el

6 * t d = g * k * (? ) fenómeno observado se explica por la aparición de propiedades estructurales en la pulpa a partir de una concentración superior a 30 %. – Comportamiento reológico de la pulpa laterítica. En numerosas fuentes bibliográficas se define: “Reología” como la ciencia del flujo y la deformación de los materiales. La reología de las pulpas lateríticas es un tema muy discutido. Investigaciones realizadas en la Universidad de Santiago de Cuba, dirigida por el Dr.C. Leonel Garcel P., en un viscosímetro capilar, muestran que la curva reológica de la pulpa laterítica se ajusta al modelo Bulkley – Herschel, o sea, se corresponde con un líquido plástico real. t = t 0 + k * ? n (2.4) donde: – esfuerzo de resistencia.

to – esfuerzo cortante inicial. K – índice de consistencia. N – índice de flujo. El modelo de Bulkley-Herschel tiene la ventaja de describir completamente la curva reológica. En el presente trabajo, se obtuvieron los parámetros reológicos de las pulpas lateríticas en un viscosímetro rotatorio. Los experimentos fueron realizados con pulpa de 30, 35, 40 y 45 % de sólido; la granulometría del mineral empleado fue de -0.833 mm y agua destilada. Los resultados se muestran con la función t = f (? ) . El gradiente que se registró en el viscosímetro es pequeño; menor de 100 seg-1. La recta para un 30 % de sólido en peso corresponde con el modelo de Newton y las restantes concentraciones poseen una dependencia que se describen mediante el modelo de Bingham. [Ecuación 2.5]. . . . t = 0.134? para 30 %. t = 0.58+ 0152? para 35 %. t = 2 + 0.170? para 40 %. t = 557 + 0194? para 45 % (2.5) Las suspensiones estructurales con densidad ?m , y esfuerzo constante inicial to , pueden mantener en estado de suspensión partículas con diámetros (d) y densidad ? t . 3 2 donde: K: coeficiente empírico que tiene en cuenta las desviaciones en las formas de las partículas respecto a una forma esférica. Despejando d, de la expresión anterior se obtiene: o t – ? m (2,7) Las partículas con tamaño menor de d, pueden mantenerse en suspensión y las de mayor tamaño, precipitan afectando las características estructurales de la suspensión.

3. ESTRUCTURA DEL FLUJO CON ELEVADA CONCENTRACIÓN DE SÓLIDO. Como es conocido, el movimiento del agua y otros líquidos más viscosos como son los aceites lubricantes a bajas velocidades, pues transcurren en régimen laminar, el cual se subordina a la ley de Newton. t = – µ * (dv / dr) (3.1) donde: t µ : esfuerzo de resistencia al movimiento. : coeficiente dinámico de viscosidad. (dv / dr): gradiente de velocidad. La distribución de la velocidad en la sección del conducto se describe mediante una parábola. V = Vmax[1-( r / R )2 ] (3.2) donde: R : radio del tubo. r :distancia medida a partir del eje de la tubería. ) Vmax : velocidad máxima (r=0 . La complejidad en el movimiento de la hidromezcla, consiste en el complejo mecanismo de turbulencia, el que no es conocido hasta ahora, y también a un incompleto estudio de la suspensión de partículas en el líquido. Para los líquidos homogéneos existen una serie de teorías que explican el régimen turbulento, una de ellas es la de Prandtl – Karman. La ley de distribución de velocidad en la sección del flujo según la teoría semi- empírica de Prandtl – Karman. ? ?: Constante de Karman. y : distancia medida desde la superficie de la tubería. V: velocidad dinámica. Autores de diferentes trabajos, han revelado que la presencia de grandes cantidades de partículas, pueden cambiar el régimen de flujo del líquido; cuando ellas se mueven con velocidades prácticamente iguales a la velocidad del líquido; disminuyendo la resistencia al movimiento. Durante el desplazamiento de la hidromezcla por la tubería, las partículas sólidas se trituran y se multiplican; aumentando la cantidad de pequeñas partículas suspensas en el medio. La presencia de partículas sólidas en el flujo líquido, varía sustancialmente el cuadro de la distribución de las velocidades en la sección transversal de la tubería. Es conocido que la distribución de la velocidad en la sección del flujo, cuando se mueve un líquido homogéneo en un tubo circular, horizontal, con una rugosidad uniforme, es simétrica para cualquier diámetro. La distribución de la concentración de partículas sólidas por la altura del flujo se encuentra en una relación directa con la distribución de la velocidad en la sección del flujo. Por esto la distribución de la concentración del sólido en la sección del flujo de la hidromezcla tiene sus particularidades en función del tamaño hidráulico de las partículas, concentración de la hidromezcla y la velocidad media del flujo. Cuando en el flujo se desplazan solamente pequeñas partículas y la concentración es pequeña, las partículas se distribuyen por la sección del conducto, presentándose una

; t ?[t0,ta] ; n=1. 1.t = t 0 1*? + ? estructura similar a la de un flujo de líquido homogéneo, y el eje geométrico prácticamente coincide con el eje dinámico de la corriente. Las hidromezclas con una concentración en masa superior a 25 – 30 %, formadas por partículas de pequeñas dimensiones adquieren propiedades particulares. En la mezcla comienzan a revelarse propiedades viscoso – plásticas, formándose una estructura sólida con el líquido. Las hidromezclas viscoso – plásticas, se describen generalmente por la ley de Shvedov – Bingham. t = t0 +? *(dv/dy) (3.4) donde: ? : viscosidad de la hidromezcla. 3. MODELO FÍSICO MATEMÁTICO DEL FLUJO DE HIDROMEZCLA ESTRUCTURAL. Se ha demostrado la existencia en el flujo de agua de los regímenes: laminar , transitorio y turbulento. La corriente laminar es estrictamente ordenada, el líquido fluye por capas sin mezclarse, se describe por la ley de rozamiento de Newton y se determina completamente por esta. En el caso del flujo de hidromezclas se conocen los regímenes: estructural, transitorio y turbulento Para poner en movimiento la pulpa estructural es necesario vencer un esfuerzo inicial t 0 , por esta razón no se cumple la ley de rozamiento de Newton. Investigaciones realizadas en un viscosímetro capilar muestran que la curva reológica de la pulpa laterítica se comporta como un líquido plástico real. De igual forma, se conoce que, cuando el gradiente de velocidad es mayor de 500 s-1 se establece una dependencia lineal entre el esfuerzo de resistencia t y el gradiente de velocidad (dv / dr ). Los experimentos desarrollados en un viscosímetro rotatorio muestran que siendo el gradiente de velocidad menor de 100s-1, también se establece una relación lineal entre el esfuerzo de resistencia y el gradiente de velocidad. A partir de las condiciones anteriores se puede describir el flujo de la pulpa laterítica dividiendo la curva reológica en tres zonas: 1. Para esfuerzos t 0