kingsmill reporte enero 2012 flsmith

Minera Chnalo Per Planta de Tratamiento de Agua Kingsville Reporte Pruebas de Sedimentacin & Geologa

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DERECHOS DE AUTOR DE PROPIEDAD EXCLUSIVA Y CONFIDENCIALES DE FLSMIDTH

DERECHOS RESERVADOS

INFORME DE INVESTIGACION

PRUEBAS DE SEDIMENTACIN & REOLOGA

PARA

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA KINGSMILL

MINERA CHINALCO PERU S.A.

POR

WALTER GAMERO

TECNOLOGIA DE PROCESOS

FLSMIDTH S.A.C.

LIMA, PERU

ENERO 2012

INFORMACION CONFIDENCIAL Y DE PROPIEDAD EXCLUSIVA



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El documento adjunto contiene informacin confidencial y de propiedad exclusiva y se entrega bajo una relacin confidencial.

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INDICE RESUMEN.............................................................................................................4 INTRODUCCION................................................................................................4,5 DISCUSION DE RESULTADOS.............................................................5 CARACTERIZACION DE LA MUESTRA.............................................................5 Cuadro 1. Resumen de la Caracterizacin de la Muestra..................................5 Figura 1. Distribucin de tamaos de Partculas Kingsmill..6 DATOS DE LAS PRUEBAS....................................................................6 Velocidad de Flujo de Slidos........6,7 Figura 2. Concentracin de Slidos ptimo al Clarificador..7 Seleccin Dosificacin de Floculante.................................................................8 Figura 3. Optima Dosificacin de Floculante..8 Resultados de Espesamiento de lodos...........................................................8,9 Cuadro 2. Desempeo de la Separacin Slido - Liquido.............9, 10 Pruebas de Reologa.....10, 14 Figura 4. Fuerza de Fluencia vs Concentracin de Slidos......11 Figura 5. Viscosidad vs Concentracin de Slidos.............12 Figura 6. Viscosidad vs Corte de Cizallamiento.............13 Citerios de Diseo...14, 18 Mecanismo de Rastras.........15 Piques Desaguadores...16 Especificaciones de Torque para Rastrillos..16 Seleccin del Drive16 Ejemplo Kingsmill......17 Figura 7. Porcentaje de Torque en Funcin de la Concentracin de Slidos..19 Conclusiones..18,19 Recomendaciones.....19,20 Apndice....21 Anlisis Granulomtrico ...22 Concentracin Optima de Slidos.23, 24 Dosificacin de Floculante25

Figura 7. Fuerza de Fluencia vs Altura de Slidos.....13 Figura 8. Porcentaje de Slidos final vs Porcentaje de Slidos Promedio..13

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES, 14 APENDICE. .................................................................................................15, 25 Tabla 3. Anlisis Granulomtrico....................................16 Metodologa de Diseo .....17 Datos Tpicos Recolectados de las Pruebas.....17 Anlisis del Tamao de las Partculas de Slidos....17 Figura 9. Porcentaje de Slidos vs Fuerza de Fluencia....18



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RESUMEN

Minera Chinalco Per, Planta de Tratamiento Kingsmill a solicitado a FLSmidth la ejecucin de pruebas de laboratorio de sedimentacin y reologa, como la evaluacin de la interrelacin de capacidad instalada en el mecanismo de la unidad motriz, torque operativo, caracterizacin de la muestra y porcentaje de slidos en peso de los lodos producidos por el clarificador FLSmidth de 73 metros de dimetro; con el objetivo de estandarizar los conceptos operativos, preservar la instalacin mecnica de los equipos involucrados en el proceso e incrementar la disponibilidad integral operativa.

Las pruebas y evaluaciones indicadas se desarrollaron en el laboratorio metalrgico de la planta de tratamiento ubicada en el distrito de Yauli, Junn, durante la ltima semana de Diciembre 2011 y estuvieron principalmente orientadas a los lodos producidos.

La clave operativa para las operaciones en la planta de Kingsmill es la identificacin, y reconocimiento de la influencia reologica de los lodos producidos en toda la lnea de proceso ; tratamiento, transporte y disposicin.

Debido a la caracterizacin de la muestra proveniente del Tnel Kingsmill y al sistema empleado para el tratamiento de las aguas cidas, Lodos de Alta Densidad (HDS), los lodos producidos son inestables qumicamente. Por tal razn los parmetros de referencia y control de las operaciones son la fuerza de fluencia y la viscosidad. Los valores de contenido de slidos, para esta aplicacin se restringen al balance metalrgico.

INTRODUCCION

La Planta de Tratamiento de Aguas Acidas del Tnel Kingsmill es un proyecto desarrollado por Minera Chinalco Per S.A. para remediar la contaminacin ambiental de las aguas del ro Yauli antes de la ejecucin del proyecto Toromocho.

El proyecto tuvo la siguiente secuencia

En Agosto del 2007 Per Copper contrata a la firma de consultora minera Amec para realizar el estudio de factibilidad y un estudio de impacto ambiental (EIA),

La empresa Cosapi S.A. en asociacin con N.A: Water Systems Veolia fue seleccionada para el diseo, equipamiento , construccin y puesta en marcha en operacin de la Planta de Tratamiento de Aguas Acidas mediante el proceso de Lodos de Alta Densidad (HDS), Febrero 2008



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N.A. Water Systems libera las especificaciones tcnicas del clarificador, Mayo 2008. Ver anexo A

FLSmidth propone, bajo las especificaciones tcnicas recibidas, suministrar un clarificador EIMCO tipo C para ser instalado por otros in un tanque de acero suministrado por el cliente o tanque de concreto, Julio 2008

En el segundo semestre del 2010 la planta de tratamiento de aguas Kingsmill inicia operaciones.

CARACTERIZACIN DE LA MUESTRA

Para la presente evaluacin las muestras se tomaron de la descarga del clarificador FLSmidth.

Los slidos suspendidos consisten de aproximadamente 60 por ciento de xidos de hierro e hidrxidos. 20 por ciento es dixido de manganeso, y 20 por ciento de hidrxido de Zinc. El remanente 10 por ciento de los slidos es una mixtura de carbonato de calcio, minerales de silicio provenientes de la cal apagada e hidrxidos y xidos de cobre, aluminio y otras trazas de metales pesados encontrados en el agua cida de Kingsmill.

El anlisis granulomtrico se realizo empleando cedazos para mallas superiores a 74 m la fraccin pasante a 74 m se analizo empleando cyclosizers.

Para evitar aglomeracin de las partculas finas el material fue secado a 60 C para evitar algn tipo de aglomeracin o sinterizacin de las partculas finas.

La caracterizacin promedio de la muestra se resume en el cuadro 1.

Las distribuciones del tamao de las partculas de las muestras estn representadas en el cuadro 1y figura 1.

CUADRO 1. RESUMEN DE LA CARACTERIZACION DE LA MUESTRA

Parmetro Descarga Clarificador

Slidos suspendidos, sp% 14.65 Slidos disueltos, sp% 0.15 Slidos Totales, sp% 14.80 Densidad del Lodo, g/cm3 1.088



6

Densidad de los Slidos, g/cm3 2.15 Densidad de Lquidos, g/cm3 1 pH 9.3 Temperatura, Celsius 10 -15 Tamao de la Partcula P90, m 24.6 Tamao de la Partcula P80, m 10.4 Tamao de la Partcula P50, m 0.6 Tamao de la Partcula P20, m 0.03

FIGURA 1. DISTRIBUCION DE TAMAO DE PARTCULAS PLANTA KINGSMILL

DATOS DE LA PRUEBA

VELOCIDAD DE FLUJO DE SLIDOS

Para las pruebas de sedimentacin y reologa las muestras fueron provenientes del tanque de acondicionamiento 2.

La optimizacin del dimetro del clarificado se lograra al maximizar el flujo de la sedimentacin de slidos en el clarificador. La velocidad del flujo de sedimentacin es la velocidad de sedimentacin libre multiplicada por la concentracin de slidos del lodo, medido en toneladas por hora por metro cuadrado (tph/m2) del rea de sedimentacin.

80.082.084.086.088.090.092.094.096.098.0

100.0

1 10 100 1000

Acu

mu

lativ

o Pa

san

te, %

Tamao de Partculas, m

Distribucin de Tamao de Partculas KingsMill



7

La concentracin de slidos de alimentacin del espesador en la que se desarrolla el mximo flujo de sedimentacin de slidos, comnmente es la concentracin ptima para la floculacin y sedimentacin. Con el objeto de determinar la mejor concentracin de slidos, se realizaron una serie de pruebas piloto de flujo en un rango constante de dosis de floculante, 60 100 g/t.

El rango de evaluacin considerado para encontrar el ptimo porcentaje de slidos en peso fue de 0.1 a 3.4. La pruebas indican que el rango de concentracin de slidos mas favorable es de 0.8 % a 1 %, usando el floculante Sedifloc 7005 HM; como lo muestra la figura 2.

Actualmente el espesador recibe una alimentacin con 0.37 % de slidos en peso.

La razn de recirculacin del lodo es esencial para el funcionamiento adecuado del proceso mediante la generacin del porcentaje de slidos adecuado para formar un lodo de fcil floculacin y drenaje. Adicionalmente el lodo recirculado ayuda a optimizar la cintica de las reacciones de precipitaciones de metales suministrando un rea donde se puedan producir las reacciones. El lodo recirculado tambin cataliza las reacciones de oxidacin.

FIGURA 2. CONCENTRACIN DE SOLIDOS OPTIMA EN ALIMENTACION CLARIFICADOR ;SP%

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

Carg

a u

nita

ria, tm

/hr/m

2

Concentracin de Slidos por Peso en la Alimentacin, Sp%

Dilucin Optima en la Alimentacin, KingsMill

sedifloc 60 g/t Sedifloc 100 g/t oriflocc 100 g/t



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SELECCIN DOSIFICACION DE FLOCULANTE

El personal de Chinalco & FLSmidth acordaron usar para las pruebas los floculantes de la planta, Sedifloc 7005 HM y Orifloc XX, en base a velocidades de sedimentacin probadas y claridad el sobrenadante en el clarificador actual.

FIGURA 3. OPTIMA DOSIFICACIN DE FLOCULANTE

La figura 2 indica que el material demanda mayor dosificacin de floculante y en consecuencia los valores de velocidad de sedimentacin libre y carga unitaria se pueden incrementar mejorando la calidad del agua clarificada.

Adicionalmente, determinar la tasa de recirculacin de lodo ptima es un factor igualmente importante para establecer las caractersticas residuales del lodo, incluyendo la capacidad de bombeo y estabilidad qumica del lodo a largo plazo y la calidad de la solucin producida.

RESULTADOS DEL ESPESAMIENTO DEL LODO

El tamao del clarificador FLSmidth de 73 metros de dimetro est basado en los lmites hidrulicos y carga de slidos. El lmite pronosticado para los slidos en la descarga del espesado de pasta es en funcin al tiempo de retencin del lodo, produciendo un lodo con una fuerza de decencia adecuada para la descarga continua del espesado.

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200Car

ga Un

itaria

,

ton

nes

/hr/m

2

Dosificacin de Floculante, g/t

KingsMill Carga Unitaria vs Dosificacin de Floculante

Serifloc Orifloc 0.8



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El lmite hidrulico en la operacin del clarificador es la velocidad mxima de sedimentacin del flujo de slidos de la alimentacin floculada, que determina la velocidad de ascensin para la remocin del agua. Se estudia tanto la velocidad de ascensin de la solucin clarificada como la velocidad de sedimentacin libre de los slidos floculados para determinar cul lmite determina el dimetro del espesador.

Las caractersticas del lodo dependen principalmente de la fuerza de fluencia. La fuerza de cadencia de la pasta es la cantidad de fuerza por unidad de rea requerida para iniciar el movimiento de la descarga. Los datos de la fuerza de fluencia se determinaron analizando la reologa del material, usando un viscosmetro HAAKE Viscotester 550 con un rotor de paleta.

Las pruebas de sedimentacin se realizaron en modo esttico usando probetas de 2 litros con mecanismo, generando los datos para verificar las dimensiones del clarificador y producir suficientes muestras para las pruebas de reologa. El cuadro 2 contiene un resumen de estos datos.

CUADRO 2. DESEMPEO DE LA SEPARACIN SLIDO LQUIDO

CONCEPTO Estudio de Factibilidad

Especificaciones Tcnicas

FLSmidth Criterio de

Diseo

Actual

Flujo de alimentacin, m3/hr

5040 5227 5277 3800

Slidos en alimentacin Clarificador, mg/l

5700 5212 6260 5900

Dimetro Clarificador, m 73 73 73 73 Gravedad especifica slido, g/cc

2 2.8* NR** 1.5 2.95*

Tasa de rebose,m/h 1.2 NR NR 1.21 Tiempo de retencin de slidos en clarificador, hrs.

2.5 NR NR 1.5 4

Tasa de recirculacin de masa

20 20 NR 20-10 Dosis Floculante, mg/l 3 NR NR 0.6 Dosis Cal viva, g/l 0.24 NR NR 0.24 Velocidad de sedimentacin, m/h

NR NR NR 9

Tamao de la partcula P80, m

NR NR NR 6.94 Porcentaje de slidos mximos descarga;%

15-25 10-25 NR 40 -13

Porcentaje de slidos formacin queque %

NR NR NR 23 35

Caudal de recirculacin para mnimo de slidos

294 NR NR 200



10

en lodo, m3/h Caudal de recirculacin para mximo de slidos en lodo, m3/h

176 NR NR 120

Torque del mecanismo, ft-lbs.

NR NR 1920000 1920000

Torque de alarma, ft-lbs.@ 40% torque total

NR NR 768000 768000

Torque de corte, ft-lbs. @ 90% / 80% torque

NR NR 1728000

1536000

Sistema semiautomtico de levante, ft-lbs.

NR SI SI SI

*NR= No registro ** Los valores de 2.8 y 2.95 son considerados errores de ensayo.

CUADRO 2. DESEMPEO DE LA SEPARACIN SLIDO LQUIDO

Las bajas velocidades de sedimentacin libre registradas durante las pruebas de sedimentacin de los lodos precipitados del proceso HDS (9 m/hr) resultaron en velocidades hidrulicas bajas. En consecuencia, el desage de los slidos en pasta ser controlado por el tiempo de compactacin requerido para los slidos sedimentados para alcanzar la mxima concentracin descargable. El tiempo promedio es de 2.5 horas.

PRUEBAS DE REOLOGA

Los slidos floculados espesados de las pruebas de sedimentacin a escala laboratorio se usaron en las pruebas de reologa para determinar los valores de fuerza de fluencia (Pa) y viscosidad (Pa.s). Las muestras producidas se filtraron al vaco a un punto en el que todo el lquido libre fue retirado de la superficie de la torta de filtracin formada. Una torta de filtracin formada (sin tiempo de secado luego de retirar el agua libre) pone todas las partculas slidas en contacto y puede ser usada como un estimado del lmite mximo de concentracin de slidos de los lodos. La medida de la concentracin de slidos de la torta de filtracin formada fue de entre 22.8 y 24.0 Sp%. El filtrado se agreg nuevamente a la muestra filtrada para producir lodos con concentraciones de slidos variables para la evaluacin de reologa. Se us un viscosmetro Haaker 550 con un rotor de paleta para medir la tensin de corte en velocidades de corte variables.

Se tomaron muestras para cada mezcla para determinar la concentracin de slidos despus de la prueba del viscosmetro. No se observ liberacin de agua de las muestras de reologa en la mayora de las concentraciones de slidos analizadas.

La concentracin esperada de la descarga del clarificador para la muestra analizada variar entre 15 y 13 porciento slidos en peso. Se espera mayores



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variaciones en respuesta, con variaciones en la distribucin del tamao de la partcula, gravedad especfica del lodo precipitado y las varianzas razn de recirculacin producidas en la operacin, las cuales se muestran en el Cuadro 1.

El clarificador de Kingsmill producir descargas ms bajas en concentracin de slidos que un espesador de alta densidad o un espesador de pasta. El rango de consistencia de pasta es amplio para todas las muestras analizadas debido a la distribucin de partculas casi en la totalidad del rango fino, P80 igual a 10.4 m.

Para generar un perfil de fuerza de cedencia, se midi una fuerza de cedencia cizallada y no cizallada como una funcin de la concentracin de slidos sobre un rango amplio de concentracin de slidos usando un rotor de paletas.

La figura 4 muestra dos curvas y un punto de referencia de formacin de queque, la curva azul corresponde a la generada por FLSmidth durante las pruebas de sedimentacin en Diciembre 2011 y la curva verde corresponde al anlisis desarrollado por SGS Minerals Services en Septiembre 2001.

FIGURA 4. LA FUERZA DE CEDENCIA COMO UNA FUNCIN DE LA CONCENTRACION DE SLIDOS

y = 4E-07x6.5628

R = 0.9711

y = 3E-12x9.3128

R = 1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Fuerza de Fuencia, Pa

Concentracin de Slidos en Peso, Sp%

Fuerza de Fluencia sin Cizallar vs Concentracin de Slidos

KingsMill

FLS Diciembre 2011 SGS Sept. 2011 Queque Diciembre 2011



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Es evidente que ambas curvas corresponden a una caracterizacin diferente; definida por varianzas en la distribucin granulomtrica, gravedad especifica de los slidos, mineraloga o calidad de slidos precipitados y tipo dosificacin de floculante en orden importancia referido. Tanto as, que para un mismo valor de fuerza de fluencia 48 Pa la muestra analizada en Diciembre 2011 tiene como referencia 18 porciento de slidos en peso y la muestra analizada en Septiembre 2011 tiene como referencia 26 por ciento de slido.

Adicionalmente, la figura 4 muestra que para la muestra analizada por FLSmidth en Diciembre, a 23 por ciento de slidos en peso el material se consolida mientras que para el material analizado por SGS es una pasta homognea.

La viscosidad aparente es funcin del porcentaje de slidos cuando el material no es sometido a cizallamiento, tal como puede apreciarse en la figura 5. A 19.45 por ciento de slidos en peso la viscosidad aparente es 6526 Pa.s lo que indica que el material esta cerca al lmite de plstico y empieza a comportase como un fluido visco-plstico con caractersticas de fluido y caractersticas de slido. Durante las pruebas los valores en campo de fuerza de fluencia y viscosidad aparente estuvieron en el rango de 10 Pa y 450 Pa.s respetivamente.

FIGURA 5. LA VISCOSIDAD COMO UNA FUNCIN DE LA CONCENTRACION DE SLIDOS

65265186

3760

31302659

16551245

450.8392.5

y = 2E-05x6.5185

R = 0.9744

100

1000

10000

12 13 14 15 16 17 18 19 20

Viscosidad, Pas


Viscosidad sin Cizallar vs Concentracin de Slidos KingsMill

FLSmidth Diciembre 2011



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La viscosidad de la descarga del clarificador de Kingsmill vara con la velocidad de corte, que es la variacin ms comn, habiendo una reduccin en su viscosidad con el aumento de la velocidad de corte; adelgazamiento por corte, teniendo las caractersticas de un fluido seudo-plstico, de acuerdo a lo que se muestra en la figura 6.

Para determinar la viscosidad a una cierta velocidad de corte, es la relacin de la tensin de corte (Pa) a una razn de corte de inters (1/seg) .

La viscosidad es requerida como una funcin de la velocidad de corte para la seleccin de la bomba de recirculacin y la determinacin del requerimiento de transporte de la tubera.

Puede ser ventajoso determinar la sensibilidad de corte para conocer la posible eficiencia de la recirculacin de los lodos a la base del espesador.

FIGURA 6. LA VISCOSIDAD COMO FUNCION DE LA RAZON DE CORTE

La fuerza de fluencia es una caracterstica importante de los lodos que representa una tensin limitada requerida para lograr el inicio del flujo. Debajo de la fuerza de fluencia, los lodos homogneos muestran caractersticas tipo slido. Los lodos con alta reologa almacenan energa en pequeas tensiones y

2063

552.3279.1180.8

70.4938.61

15.84

6.533.511

2.098

y = 33.922x-0.951

R = 0.9864

y = 21.992x-0.884

R = 0.9812

1

10

100

1000

10000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Viscosidad, Pa.s

Velocidad de Corte, 1/S

Viscosidad vs Velocidad de CorteKingsMill

FLSmidth 18 % Slidos en Peso FLSmidth 14.8 % Slidos en Peso



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no se compensan bajo la influencia de la gravedad para formar una superficie plana. Esta caracterstica es muy importante en el diseo del proceso y evaluacin de la calidad para los sistemas de lodos de alta densidad y pasta. La respuesta de los lodos altamente espesados a ser tensionados es instantnea y el comportamiento dependiente del tiempo se debe a los cambios en la estructura de los lodos.

CRITERIOS DE DISEO

La metodologa de diseo para equipos de separacin slido lquido deFLSmidth es diferente de los mtodos histricos desarrollados por kynch, Talmage & Finch, Coe & Clevenger

La prueba de seleccin del floculante identificar los floculantes que actan mejor en los slidos que se estn siendo probados. Uno es seleccionado en base a las observaciones del ingeniero sobre de la estructura de floculacin, velocidad de sedimentacin, claridad de la solucin y velocidad de la compresin del lecho.

El trabajo de pruebas de flujo de sedimentacin identifica la concentracin de slidos en la cual es ptima la floculacin y la velocidad inicial de sedimentacin (Carga Unitaria, tpd/m2). Este valor luego se convierte en el diseo del nivel de slidos diluidos en el cubculo de alimentacin del espesador a escala total.

Usando las pautas de alimentacin diluida y floculantes establecidas en las pruebas de Flujo, la separacin slido lquido a escala total se disear con el mximo de velocidad de carga estable, observando que todos los slidos se asienten en el lecho y la solucin est clara.

La velocidad ms alta de carga estable determina el dimetro mnimo del clarificador.

Se puede disear un rea ms grande, pero sta es la mnima, para el presente caso el criterio de diseo es la velocidad de ascensin externa de la solucin clarificada, 1.2 m/h

El tiempo de retencin dentro del espesador es un criterio de diseo importante. La profundidad del lecho es secundaria y un resultado del tiempo de retencin.

Slidos de menor gravedad especfica y distribucin granulomtrica ms fina producir un lodo con valores de fuerza de cedencia y viscosidad ms altos para un mismo porcentaje de slidos. Igualmente los slidos finos requieren de tiempo de residencia y presin hidrulica; de acuerdo a la interaccin de las varianzas de granulometra, tiempo de residencia (altura de cama) y fuerza de cedencia.



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En tal sentido el diseo debe considerar tambin un anlisis de sensibilidad del contenido de finos en la alimentacin y que no fue sometido a pruebas.

Los valores de la fuerza de cedencia son un factor importante en la seleccin y diseo del motor- reductor y los mecanismos de rastrillo.

MECANISMO DE RASTRAS

Determinado el dimetro y el ngulo del cono del clarificador, los brazos de las rastras y raspadores se disean para una aplicacin especfica. En el caso de Kingsmill considerando la aplicacin y dimetro del clarificador la seleccin de los brazos fue del tipo caja entramada o box truss. Este tipo de diseo es evitado cuando se rastilla lodos viscosos debido a tienen una propensin a formar islas o situaciones tipo buuelos dentro de las estructuras bajo ciertas circunstancias.

Cuando el lodo es muy viscoso como el caso de Kingsmill se emplean piquetes extensivos durante toda la cama de lodos y se seleccionan mecanismos de rastras de bajo perfil para minimizar los valores de torque debido a las altas fuerzas de fuerzas de arrastre generadas por lodos viscosos.

Rastrillos Kingsmill Box Truss Bajo Perfil Tubera Simple Estabilidad y rigidez

La mas alta Medio La mas baja

Disturbar cama de lodos


Baja densidad / rotacin de cama / alto torque/ islas/ formacin tipo buuelo


Configuracin estndar para aplicaciones convencionales y de alto

Si No No



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PIQUETES DESAGUADORES

Los piquetes son instalados para incrementar el ratio de liberacin de agua de la cama de lodos creando canales a travs del lodo que permiten el escape de agua a la superficie. El efecto de los piquetes es ms significante en los materiales finos que inhiben la liberacin del agua por la baja porosidad. Instalando los piquetes puede ser posible reducir el tiempo de residencia significativamente. Es importante notar que este tipo de lodos no responde bien a la compresin incrementando la altura de lodos El efecto beneficioso de incrementar el efecto de la fuerza de compresin tiende a ser cancelado incrementado la distancia vertical para el agua intersticial para escapar de lodo.

Diseo de los Piquetes Brazo Rastrillo Kingsmill

Estndar espesador de alta densidad o espesador de pasta, rastrillo de bajo perfil

Piquetes de longitud Media o completa

No Si

ESPECIFICACIONES DE TORQUE PARA LOS RASTRILLOS

Las especificaciones de torque de los rastrillos son realizadas en conjuncin con la seleccin del mecanismo motor de las rastras. Es importante notar que el torque del mecanismo de las rastras es seleccionado en base a la mxima capacidad de torque. El mecanismo est diseado para operar continuamente debajo de la mxima capacidad de torque sin reducir la vida operativa.

Como referencia el mecanismo operando a 40% de torque tendr una vida til de aproximadamente 20 aos. Este concepto no libera de problemas operativos como en el presente caso, la alta viscosidad presentada por el material.

El torque de los rastrillos es generado por las fuerzas de arrastre en los brazos de los rastrillos y raspadores cuando se mueven a travs del lodo y en consecuencia proporcional a la fuerza de fluencia del lodo y del rea de la seccin transversal de los rastrillos.

La fuerza de fluencia objetivo para el clarificador de Kingsmill es del orden de 15 Pa. Este valor en sin cizallar como es exactamente el lodo expuesto a los rastrillos.

SELECCION DEL DRIVE

Para clarificadores es acostumbrado para los mecanismos de FLSmidth operar a 20% o 30% del torque total con el objetivo de tener margen operativo cuando se presenta alguna condicin indeseada y evitar la sobrecarga en el drive y consiguiente parada debido a que tienen un factor K inferior a 15 Ft-Lbs./Ft2



17

.

Estndar Valores de Torque Corte Alarma levantar Bajar Clarificadores 80 40 50 30 Clarificador Kingsmill 80 40 50 30

El mximo torque de diseo es calculando usando la formula T=KD2. El factor K es asumido para ser menor a 15 Ft-Lbs./Ft2 para clarificadores a menos que se determine el factor k requerido para una aplicacin especfica.

El procedimiento para seleccionar el drive es primero determinar el torque de diseo basado en el factor K de diseo.

El siguiente ejemplo clarificar estos conceptos:

Ejemplo Kingsmill

El espesador kingsmill es de 73 metros de dimetro. Asumiendo un K=15 Ft-Lbs./Ft2 el diseo del torque fue determinado para ser 1920000 ft-lbs. con un torque de trabajo de 45%. Sin embargo, como se menciono anteriormente el rango operativo recomendado es de 20% a 30% de torque , prctica que prolonga la vida til del mecanismo y brinda estabilidad operativa.

Entonces de acuerdo al establecimientos del control de torque del cuadro anterior y el rango operativo recomendado de 20 a 30% de torque. El factor K para las operaciones de Kingsmill tendr como valor mximo 10 Ft-Lbs./Ft2

Ahora el valor de K = 10 Ft-Lbs./Ft2 es el resultado tanto del criterio de diseo del clarificador como de la reologa de lodo que est en contacto con los rastrillos y raspadores y no necesariamente tiene correspondencia con un porcentaje de slidos en peso de los lodos, tal como se puede apreciar en la figura xxx; donde por ejemplo 24% de torque tiene referencia desde17 a 32 por ciento de slidos

La fuerza de fluencia es el parmetro de referencia tal como se indica en la figura 7. Diferentes porcentajes de slidos (variacin en la caracterizacin de la muestra) corresponden a los mismos valores de fuerza de fluencia, Pa; por ejemplo el valor 20 Pa corresponde al rango de 15 a 23.5 % de slidos.



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FIGURA 7. PORCENTAJE DE TORQUE EN FUNCION DE LA CONCENTRACIN DE SLIDOS

Entonces considerando la capacidad del drive instalada, para 30% de torque el factor K es de 10 Ft-Lbs./Ft2 muy; valor cercano no exacto pero si con el mismo perfila los correspondientes valores de fuerza de fluencia, Pa.

CONCLUSIONES

El contenido de slidos (ratio de recirculacin), seleccin de floculante y la ptima dosificacin de floculante tienen un gran impacto tanto en la calidad del agua cmo de los lodos producidos.

El porcentaje ptimo de slidos en peso en la alimentacin al clarificador referente al proceso de separacin slido-lquido es de 0.8% ; actualmente considerando los aportes de los slidos suspendidos, precipitados y recirculados el porcentaje en planta el valor de los slidos totales es alrededor de 0.37%.

6 8

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

Po

rce

nta

je d

e T

orq

ue

, %


Porcentaje de Torque vs Concentracin de Slidos

Octuber Septiembre Agosto julio Noviembre Diciembre Enero

Febrero Marzo Abril Mayo Junio Dic-10



19

La dosificacin 80 - 100 gr/t es la mnima requerida utilizando el floculante Sedifloc 7005 HM para el propsito de la presente evaluacin. No se ha evaluado el efecto de la seleccin y dosificacin de floculante en la calidad del rebose referente a los parmetros del agua clase III o en el efecto de la viscosidad producida en los lodos.

El comportamiento de los lodos producidos para valores de torque superiores a 35% ser la correspondiente a un fluido no newtoniano seudo plstico. Caracterizacin que no corresponde con los criterios de diseo del clarificador y equipos auxiliares.

Los valores de fuerza de fluencia y viscosidad son los que influyen directamente en los valores de torque y pendiente de torque.

El rango de porcentaje de slidos para mismos valores de torque es muy amplio debido a la amplia caracterizacin de los lodos producidos.

El concepto de proceso de alta lodos de alta densidad (HDS) es genrico. Para kingsmill las densidades de los lodos son relativamente bajas pero correspondiente reologa es muy alta. El equipo es un clarificador no un espesador de pasta.

RECOMENDACIONES

Evaluar el efecto de incrementar el ratio de recirculacin monitoriando los parmetros en el efluente producido y manteniendo constante el inventario de slidos.

Con los actuales criterios de diseo enfocarse en el proceso de clarificacin; la resolucin del manejo de lodos fuera de la plataforma del clarificador deber ser tratada por separado.

Tanto en operacin contina como estacionaria debe haber descarga para evitar la formacin de islas o donas dentro del espesador o adherencia y acumulacin de los lodos en la estructura de los brazos de las rastras.

Operar en lo posible con alturas de cama de slidos contante lo cual garantizar el tiempo de retencin y caractersticas reologicas adecuadas en el lodo.

Considerar las lecturas de torque como medidas indirectas de la reologa de los lodos que se encuentran al interior del clarificador y proceder en consecuencia.



20

Convertir el sistema de levante de rastras de semi-automtico a automtico. Este cambio minimizar los riesgos de sobre torque.

Revisar la filosofa del sistema de control automtico de acuerdo a los criterios de operacin sugeridos.

Revisar las tolerancias del mecanismo en cada parada programada de mantenimiento.



21

APENDICE



22

Informe del Anlisis Granulomtrico

80.082.084.086.088.090.092.094.096.098.0

100.0

1 10 100 1000

Acu

mu

lativ

o Pa

san

te, %

Tamao de Partculas, m

Distribucin de Tamao de Partculas KingsMill



23

Concentracin ptima de Slidos en Alimentacin



24

Seleccin Concentracin ptima en Alimentacin



25

Dosificacin de Floculante

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Carg

a Un

itaria

,

ton

ne

s/hr

/m2

Dosificacin de Floculante, g/t

KingsMill Carga Unitaria vs Dosificacin de Floculante

Serifloc Orifloc 0.8



26

Reogramas

Los reogramas originales adjuntos con este reporte

kingsmill reporte enero 2012 flsmith

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