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ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA

Minera el teniente- Codelco chile

NOMBRES: Felipe Rivas – Rodrigo Stuardo– Carlos Villegas CARRERA: Automatización y control industrial ASIGNATURA: PROFESOR: Carlos Ordenes FECHA:

1 Introducción Uno de los grandes desafíos de toda empresa es el orden y la planificación de sus procesos, es mediante estos planes y estrategias que se cumple las metas comprometidas. Siempre en la búsqueda de mejorar los resultados de la empresa. Además, se tiene la obligación legal de elaborarlos construirlos y enviarlos, en plazos específicos. Tomando como referencia a división el teniente, en el presente informe nos enfocaremos netamente a los procesos realizados para la obtención de cobre, dando a conocer el principio de funcionamiento de cada uno de estos, detallando y destacando el uso de la automatización.

2 Antecedentes de la empresa División el teniente es uno de los complejos minero-metalúrgicos de la corporación nacional del cobre de chile (CODELCO) conformada principalmente por la mina subterránea el teniente y demás instalaciones productivas como también de infraestructura necesarias para la concentración y fundición de minerales de cobre y molibdeno siendo este un elemento metálico que no se encuentra en estado puro en la naturaleza, por lo que se extrae de otros materiales, como, por ejemplo, los minerales sulfurados. Se usa principalmente, en la fabricación de acero gracias a su gran resistencia a la temperatura y corrosión. 2.1

Ubicación Geográfica

Las principales instalaciones de la división se encuentran en la Sexta Región de Chile, a 80 km al sudeste de la ciudad de Santiago y a 44 km al Este de la ciudad de Rancagua.

*foto de ubicación*

2.2

Principales Instalaciones

La división el teniente considera entre sus principales instalaciones las siguientes ubicaciones:       

Mina subterránea. Concentrador. Fundición. Sistema de suministro eléctrico. Sistema de suministro de agua. Sistema de transporte. Depositacion de relaves caren. La siguiente figura muestra las principales áreas operacionales de la división

FOTO

3 Áreas de producción y sus procesos 3.1

MINA

Las operaciones mina están conformadas por nueve minas subterráneas y un rajo abierto. La explotación subterránea se logra por métodos de hundimiento y operaciones mecanizadas con LHD`s (Cargadoras de transporte y descarga) que conducen el mineral a piques que conectan a transporte intermedio. Esto ultimo puede ser: LHD, camiones, correas o ferrocarriles que conducen el mineral a OP que conectan con el transporte principal de FFCC teniente 8 que traslada el mineral a las plantas de chancado-moliendaflotación de colon. El rajo alimenta vía camiones y OP la planta de chancado-molienda de sewell.

3.1.1 Sistemas de explotación Antes de realizar la explotación, se realiza un proceso llamado “pre-acondicionamiento” que consiste en intervenir el macizo rocoso antes del proceso de hundimiento, con el objetivo de reducir el riesgo sísmico y el tamaño de la roca en los puntos de extracción, provocando que el proceso sea más rápido, seguro y económicamente rentable. Esto se logra mediante la combinación de dos tecnologías: 

Fracturamiento hidráulico: esta técnica brevemente consiste en la introducción de un fluido altamente viscoso, con el propósito de generar canales de flujo (fracturas) y colocar un elemento de empaque (arena) que permita aumentar la conductividad de formación, y de esta misma manera el aumento de flujo hacia el pozo. Se realiza una perforación vertical entre los 100 a 3000 metros y varias perforaciones horizontales en las cuales se inyectan grandes volúmenes de fluido, con la finalidad de crear canales en la roca, la cual mejora su permeabilidad. Estos fluidos se elaboran a base de agua con una mezcla de químicos para asegurar la eficacia de la operación y prevenir daños en la formación.



Debilitamiento dinámico con explosivos: utiliza explosivos para producir una colisión de ondas de esfuerzos dinámicos, con el fin de debilitar el macizo rocoso.

El método de explotación se realiza a través del hundimiento gravitacional o “panel caving”. Que consiste en socavar mediante explosiones la base de columnas de mineral (del tamaño de un edificio de cincuenta pisos) para que se fracturen gracias a la fuerza de gravedad y los esfuerzos internos presentes en la montaña. Este método se divide en varios niveles: 1. Nivel de hundimiento: En esta fase se construyen galerías paralelas espaciadas a partir de las cuales se realiza la socavación o corte basal de la columna mineralizada. 2. Nivel de producción: En este nivel el mineral retirado mediante la hundicion es retirado por la maquinaria LHD la cual transporta el material a las estaciones de vaciado. 3. Nivel de transporte: Aquí es donde camiones de alto tonelaje reciben el material depositado en las estaciones de vaciado a través de buzones y traslada el material hasta la correa de transporte, la cual lleva el material al chancador para así reducir el tamaño de este, para luego ser transportado a una nueva correa transportadora hasta la superficie. 3.2

PLANTA

El mineral extraído desde los sectores mineros es conducido hacia dos áreas bien definidas para su beneficio. La primera corresponde al complejo sewell, donde existe una planta de chancado y molienda con una capacidad nominal de aproximadamente 20 kt/d. El mineral molido es conducido por una canaleta hasta el área de colon para su flotación.

Chancado: El principal objetivo del chancado es disminuir el tamaño de los fragmentos de roca mineralizada a un diámetro de media pulgada, que equivale a 1,27 cm aprox. Este procedimiento es necesario para que el material pueda ser tratado en las siguientes etapas del proceso productivo. Para lograrlo, los chancadores son equipos eléctricos de grandes dimensiones, van literalmente “demoliendo” las rocas hasta lograr el tamaño deseado. El material extraído pasa por tres niveles de chancado: -

Etapa primaria: El chancador reduce el diámetro máximo de los fragmentos a 8 pulgadas

-

Etapa secundaria: El fragmento se reduce a 3 pulgadas

-

Etapa terciaria: Las rocas llegan por fin a su tamaño ideal de ½ pulgada.

Molienda: es necesario reducir aún mas el tamaño de los fragmentos de roca. Este paso es el que se conoce como molienda, y este muele el material para que sea fácil separar el cobre de otras sustancias y así acercarse a un mineral de mayor pureza. En esta etapa los fragmentos son triturados al máximo llegando a una granulometría de 0,18 milímetros. Esta labor se realiza para encontrar las partículas de cobre y separarlas lo mas posible de otras sustancias. Luego serán llevadas a las siguientes etapas en las que se trabajara para alcanzar la máxima pureza del mineral. El proceso de la molienda es bastante parecido al funcionamiento de una juguera eléctrica. Las maquinas utilizadas son grandes equipos cilíndricos, también conocidos como molinos, que trituran el material mediante movimientos giratorios. Existen diferentes modos de llevar a cabo este proceso, según el tipo de tecnología que se ocupe en cada planta minera, en el caso de Minera El Teniente se utiliza molienda de tipo convencional (molino de barra y de bola) y molienda SAG (molino semi autógeno). -

Molienda de barras:

Este equipo tiene barras de acero de 3,5 pulgadas de diámetro en su interior que son las encargadas de moler el material proveniente del chancado terciario, que llega continuamente a través de las correas transportadoras. Estas barras caen y se mueven libremente dentro del equipo moliendo así los fragmentos de roca. El mineral molido es llevado luego a una segunda etapa de molienda llamada molienda de bolas. -

Molienda de bolas:

Este molino de grandes dimensiones esta lleno de bolas en su interior. Bolas de acero de 3,5 pulgadas y 3 kilos aprox. El movimiento y choque de estas bolas va moliendo aun mas

el material durante aproximadamente 20 minutos, logrando que las partículas alcancen el tamaño buscado: 0,18 milímetros. -

Molienda SAG

Este es un molino de un nivel mucho mas moderno y eficiente. Se recibe el mineral directamente desde el chancado primario (no del terciario como la molienda convencional) mezclándose con agua y cal. El material se reduce gracias a la acción de las mismas partículas que poseen diversos tamaños y por el movimiento de numerosas bolas de acero que se desplazan en caída libre cuando el molino gira. Así se logra un efecto conjunto de chancado y molienda efectiva y con mejor consumo de energía.

La segunda área de beneficio corresponde al complejo colon, conformado por el Proceso SAG (molienda semi autógena) para luego enviar el material a las celdas de flotación colectivas también ubicadas en este complejo.

Proceso SAG El complejo SAG, se compone de dos molinos (SAG 1 y SAG 2), estos trabajan con cargas de bolas las cuales miden aproximadamente 5 pulgadas que se encargaran de reducir el tamaño del material. La carga y el agua de proceso se introducen al sistema de molienda por medio del chute de alimentación que se refiere a el conjunto de carga que consta de un carro acondicionado hidráulicamente, una tolva de carga revestida, una canaleta de carga revestida y un revestimiento del muñón de carga. Dos conjuntos de oídos eléctricos monitorean el nivel sonoro del molino en operación, los cuales sirven para controlar la velocidad de carga de un molino. Un alto nivel de sonido en el molino indica un molino con poca carga (subcargado) y un bajo nivel de sonido indica un molino con mucha carga(sobrecargado). La unidad de “oído eléctrico” recibe una señal sonora por medio de un micrófono robusto, montado cerca del casco del molino. El oído eléctrico incluye la capacidad de filtrar el ruido de fondo en caso de ser necesario, amplificando luego la señal y utilizándola para operar relés o una salida variable que seguidamente se utiliza para controlar el cargador del molino. La rotación del molino causa el movimiento de la carga. El impacto del material y de la carga de bolas, reduce el material hasta que sea lo suficientemente liviano para desbordar el extremo de descarga del molino. Las rejillas del sistema de descarga ayudan a mantener las bolas y el material en el interior del molino hasta que se haya molido correctamente.

Foto molino sag***

Flotación: El material obtenido de las moliendas es sumergido en enormes celdas de flotación, en las que, gracias a la acción de reactivos, el cobre y el molibdeno emergen a la superficie dentro de burbujas. Los reactivos añadidos se clasifican en: -

Reactivos colectores: tienen la función de hacer que las partículas de cobre y molibdeno hagan todo lo posible por rechazar el agua. Principalmente hacen que generen una conducta hidrófoba en el mineral para que este se separe del agua e ingrese a las burbujas de aire.

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Reactivos depresores: estos generan el efecto inverso que los reactivos colectores, pero en otro tipo de minerales presentes en las celdas. Es decir, que el material que no interesa recolectar, por ejemplo, la pirita que es un sulfuro que no tiene cobre.

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Reactivos espumantes: su gran tarea es generar burbujas resistentes, para así otorgar una mayor seguridad y adherencia al cobre y molibdeno.

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Otros aditivos: el resto de los componentes añadidos cumplen la sencilla tarea de estabilizar el pH determinado, para que el proceso de flotación pueda llevarse a cabo sin problemas. Por ejemplo, uno de estos aditivos es el cal.

Las burbujas que llevan el material deseado (cobre y molibdeno) emergen hasta la superficie y una vez ahí rebalsan las celdas de flotación, de esta manera caen por los costados hacia canaletas que las conducen a estanques especiales, desde donde esta pulpa resultante será enviada a la siguiente etapa. Este proceso se lleva a cabo en reiterados ciclos por lo que se logra un producto mucho mas concentrado. Es en una de estas fases en la que se recolecta molibdeno, cuya ley o pureza luego de la flotación alcanza un 49%. Por su parte el cobre logra una pureza máxima de 31%. Comparando con la roca original que solo tenía cerca de un 1%. El concentrado final obtenido de la flotación se seca mediante filtros para luego ser llevado a la siguiente etapa del proceso productivo del cobre; la fundición.

FUNDICION: En esta etapa el producto obtenido en el proceso de flotación es sometido a elevadas temperaturas en hornos, para ser fundido y así separar el cobre de otro minerales e impurezas. Etapas de la fundición

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Recepción y muestreo

El concentrado de cobre proveniente de la flotación es almacenado en áreas especiales, desde donde se extrae una muestra del material para luego ser estudiado mediante análisis de laboratorio. Con el objetivo de determinar la cantidad de cobre, hierro, azufre y sílice, además del porcentaje de humedad que este pueda presentar. Esta información es fundamental para poder comenzar el segundo paso de esta etapa. De acuerdo con los resultados, el material se clasifica en silos (construcciones de almacenaje), desde los cuales más tarde será despachado a los hornos de fundición. -

Fusión

El material es llevado a los hornos de fundición y expuesto a 1200º C. tradicionalmente se ocupan dos tipos de hornos: el horno de reverbero y el convertidor modificado teniente (CMT). Este ultimo es el modelo que utiliza Codelco, ya que posee una tecnología mucho mas avanzada, ya que realiza la fusión y conversión al mismo tiempo. Cuando el concentrado pasa a estado líquido, los elementos que lo componen se separan naturalmente dependiendo del peso de cada uno. De esta forma, los minerales mas livianos se quedan en la parte superior del fundido, mientras que el cobre que es el mas pesado, se va al fondo de este.

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Conversión En esta fase, el material proveniente de la fusión es procesado mediante combinaciones químicas para separar aun mas el cobre de los posibles elementos escoria que queden en nuestra sustancia. La conversión se realiza en reactores cilíndricos de 4,5 metros de diámetro y 11 metros de largo. El mineral obtenido en esta etapa se le denomina cobre blíster, el cual alcanza un 96% de pureza.

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Pirorrefinacion El cobre blíster pasa por los hornos anódicos, que son los que también inyectan vapor de aire con gas natural. Esta combinación reduce el nivel de oxigeno presente en el material fundido, logrando un 99,7% de pureza.

El producto resultante de la fundición es moldeado en planchas de cobre llamadas ánodos, de un peso que puede llegar a superar los 400 kg dependiendo del tipo de faena. Estas pueden ser vendidas directamente o llevadas a una ultima etapa de procesamiento llamada electrorrefinacion.

ELECTRORREFINACION: Acá se realiza el proceso químico de la electrolisis, la cual consiste, básicamente en disolver ánodos provenientes de la fundición a través de la aplicación de corriente eléctrica. Se coloca alternadamente un ánodo (plancha de cobre obtenido de la fundición) y un cátodo (placa muy delgada de metal) en las denominadas celdas electrolíticas, que son como enormes piscinas con una solución de ácido sulfúrico y agua, por las que se hace pasar corriente eléctrica. Esta acción hace que el cobre del ánodo se disuelva, produciendo cationes y electrones, los que se dirigen y adhieren al cátodo. Es decir, el cobre se corroe en los ánodos para depositarse en los cátodos. Este proceso de adhesión puede durar entre 12 y 14 días. Durante este lapso el ánodo se habrá disuelto en un 85%, mientras que el 15% restante se retira, lava y vuelve a fundir para ser reingresado al proceso. De esta forma los ánodos que llegaron con un 99,7% desde la etapa de fundición, se transforman en cátodos de 99,99% de pureza. Aquel 0,3% de diferencia corresponde al llamado “barro anódico” (impurezas del ánodo) que contiene oro, plata, paladio, selenio y platino, metales que también son aprovechados por su alto valor, es decir, nada se pierde, todo se transforma y se aprovecha de manera productiva.