Estimación de parámetros reológicos de pulpas minerales a diferentes concentraciones de sólidos

Abstract

La ciencia de la hidráulica de pulpas comenzó a florecer en la década de los 50 con pruebas sencillas de bombeos de arenas y carbón en concentraciones moderadas. Esta ciencia, ha evolucionado gradualmente para abarcar el bombeo de pulpas en la industria alimentaria y de las industrias de procesos, las mezclas de carbón y petróleo como nuevos combustibles y numerosas mezclas de minerales con agua. La diversidad de los minerales bombeados, la amplia gama de los tamaños de las partículas sólidas y las diversas propiedades físicas y químicas de los fluidos transportantes; hacen que la ingeniería de hidráulica de pulpas requiera de diversos modelos matemáticos y empíricos para predecir su comportamiento. Una pulpa es esencialmente una mezcla de sólidos y líquidos a diferentes proporciones o concentraciones. Sus características físicas son dependientes de muchos factores tales como: el tamaño y distribución de las partículas sólidas, la concentración de sólidos en la fase liquida, el tamaño de los conductos, el nivel de turbulencia, la temperatura y principalmente de la viscosidad absoluta (o dinámica) del medio transportante resultante, por mencionar las variables principales. Por lo tanto, para efectuar el transporte hidráulico de una pulpa por una tubería, se requiere conocer, simular o estimar sus características o propiedades físicas y reológicas con mayor aproximación a la realidad, denominándose a este proceso como caracterización de una pulpa mineral, la cual se realiza con el fin de efectuar un diseño óptimo para un sistema de transporte hidráulico de pulpas minerales. Esta Tesis de investigación tiene como objetivo específico lograr estimar los parámetros físicos (distribución granulométrica de partículas y gravedad especifica de solidos) y los parámetros reológicos (esfuerzo de fluencia y viscosidad plástica) de cuatro pulpas minerales típicas (dos de relaves de cobre y dos de concentrado de cobre) a diferentes concentraciones de sólidos y ensayando muestras del mineral más común del Perú, que es el cobre. Finalmente, dado el hecho de que existen muchas variables en el diseño de un sistema de transporte de pulpas minerales, se requiere de más investigaciones de este tipo en nuestro país, a fin de conocer a más detalle estas variables y así poder diseñar sistemas de transporte hidráulico de pulpas minerales más adecuados.

The science of slurry hydraulics started to flourish in the decade of the 1950' s with simple tests on pumping sand and coal at moderate concentrations. This science has evolved gradually to encompass the pumping of slurries in the food and process industries, mixtures of coal and petroleum as a new fuel and numerous mixtures of minerals and water. Because of the diversity of minerals pumped, the wide range in solid particle sizes and the various physical and chemical properties of the carrying fluids; the engineering of slurry system requires various mathematical and empirical models to predict their behavior. Slurry is essentially a mixture of solids and liquids at different ratios or concentrations. Its physical characteristics are dependent on many factors such as size and distribution of solid particles, concentration of solids in the liquid phase, size of the conduits, level of turbulence, temperature and mainly absolute (or dynamic) viscosity of the carrier, just to mention the main ones. Therefore, to hydraulically transport slurry through a pipe, its physical and rheological characteristics or properties need to be known, simulated or estimated with a closer approach to the reality. This process is known as mineral slurry characterization and that is aimed at performing an optimal design of a hydraulic transportation system for mineral slurries. The specific purpose of this Research Thesis is to estimate the physical parameters (particle grain size distribution and specific gravity of solids) as well as the rheological parameters (fluency stress and plastic viscosity) for four typical mineral slurries (two copper tailings and two copper concentrate slurries) at different solid concentrations, by testing samples of the most common mineral in Peru, that is, copper. Finally, given the fact that there are many variables involved in the design of a mineral slurry transportation system, more research of this type is needed in our country, in order to study these variables in more detail and thereby be able to design more appropriate hydraulic transportation systems for mineral slurry.