ES2218134T3 - Transpote de macroparticulas solidas. - Google Patents
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Abstract
Método para transportar macropartículas sólidas que comprende: mezclar un agente espumante con las macropartículas sólidas para formar una mezcla transportable; añadir agua y un ligante a la mezcla transportable; mezclar la mezcla transportable, agua y ligante para formar una composición hidráulica espumada; y transportar la composición hidráulica hacia el lugar deseado.
Description
Transporte de macropartículas sólidas.
La presente invención está dirigida al transporte
de macropartículas sólidas. Más concretamente, la presente invención
está dirigida a un método en una sola etapa para la incorporación de
un agente espumante en mezclas de macropartículas sólidas y
posterior formación de una espuma dentro de la mezcla, antes del
transporte, para aumentar la capacidad de flujo de las
macropartículas sólidas.
Las macropartículas sólidas, que incluyen, pero
no de forma limitativa, residuos de minería, minerales, arena,
carbón, tierras y áridos, han sido transportadas tradicionalmente a
través de tuberías o pozos de sondeo como una suspensión espesa.
Habitualmente, se añade un líquido, tal como agua, a las
macropartículas para permitir que las mismas fluyan. Las
macropartículas se suspenden en una cantidad suficiente de líquido,
de manera que el flujo del líquido desplaza a las macropartículas a
través de la tubería.
Idealmente, las macropartículas deben permanece
en suspensión mientras están siendo transportadas a través de
tuberías o pozos de sondeo hacia su destino final. Las
macropartículas, tales como residuos de minería clasificados o sin
clasificar, se pueden caracterizar por aspectos que limitan la
capacidad de transporte del material como una pasta. Dichas
características pueden incluir: alta densidad o gravedad específica,
pobre gradación, tamaño de partícula basto, gradación de tamaños de
partícula altamente clasificados o ausencia de partículas finas.
Estas características tienden a evitar que las macropartículas
puedan tener una consistencia de pasta estable sin la adición de
materiales finos, tales como arenas, para mejorar la distribución
del tamaño de las partículas.
Como resultado, dichas macropartículas han de ser
transportadas normalmente como suspensiones espesas de baja carga
que deben mantener condiciones de flujo turbulento por todo el
sistema de transporte para evitar que sedimenten las macropartículas
y obstruyan la tuberías de transporte. Además, el fluido de
transporte puede sangrar de la suspensión espesa y causar una menor
fluidez de la mezcla y la obstrucción de las tuberías de
transporte.
La reducción del contenido de fluido puede
producir un material que se aproxima a la consistencia de una pasta,
pero también dará lugar a menores propiedades de espesamiento por
turbulencia y esfuerzo cortante. Esto hace que el transporte
mediante bombeo o por gravedad a través de un sistema de transporte
sea menos conveniente y más problemático que el transporte
hidráulico.
Un tipo de transporte de macropartículas consiste
en el transporte de residuos de minería como relleno en minas o
hacia la superficie para retirar los residuos de la mina. Los
residuos de relleno de la mina pueden ser transportados solos, o
bien se puede añadir un cemento para proporcionar una composición
endurecible. Es conveniente en la técnica transportar los residuos
de minería con la consistencia de una pasta, más que mediante
transporte hidráulico. Sin embargo, es necesario que la distribución
de los tamaños de las partículas sea óptima para conseguir el
transporte con una consistencia de pasta. Se puede conseguir que la
distribución de los tamaños de las partículas de un residuo de
minería se adapte a una distribución más idealizada de los tamaños
de las partículas mediante la adición de materiales finos o arena.
Sin embargo, esto aumenta los costes de manipulación y tratamiento
de los residuos de minería y aumenta los costes de los trabajos de
minería. El relleno ideal exhibe propiedades similares a las de una
suspensión espesa para facilitar el transporte por tuberías (es
decir, bajas pérdidas de presión), pero también propiedades
similares a las de una pasta para permanecer en suspensión a
velocidades de transporte relativamente bajas sin derrame
alguno.
Una vez que la suspensión espesa de
macropartículas llega al destino deseado, se retira el fluido de
transporte. El fluido debe ser entonces bombeado lejos, lo cual
añade a la operación costes adicionales de manipulación y
distribución. Por otro lado, si se incluye un cemento con las
macropartículas, parte del cemento estará presente en el agua
retirada, el cual puede endurecer entonces en el sistema de desagüe
y aumentar los costes de mantenimiento de la operación. En los casos
en donde los residuos de la mina son transportados a la superficie,
debe levantarse un dique para controlar y recuperar el agua. Esto
aumenta el coste, da lugar a una responsabilidad potencial y
constituye igualmente un peligro de seguridad potencial.
La espuma suspende las macropartículas y reduce
la cantidad de líquido requerido para transportar el material. Ya se
conoce, como en la Patente US No. 5.080.534 de Goodson et
al., la generación de una espuma a partir de un surfactante y la
posterior mezcla de la espuma con las macropartículas antes de su
transporte por la tubería. Igualmente, ha sido dado a conocer, como
en la Patente US No. 4.451.183 de Lorenz, la inyección de espuma,
que ha sido preparada por separado, en las macropartículas en
diversos puntos por toda la tubería. Sin embargo, estos métodos del
estado de la técnica requieren que la espuma sea preparada por
separado antes de añadirse a la mezcla. Esta preparación por
separado requiere una instalación y un tiempo adicionales para
preparar la espuma, lo cual aumenta el coste del proyecto.
El relleno de minas es el proceso de llenado de
vacíos en minas dejados por la excavación subterránea de mineral
para proporcionar soporte estructural en la mina o para distribuir
los residuos de minería. Los materiales usados para llenar vacíos de
la mina incluyen roca residual, residuos de la mina y arena. Con
frecuencia, se mezcla arena con los residuos de la mina.
Los residuos de la mina son el resultado de moler
el mineral o la roca a un tamaño suficientemente fino para liberar
los minerales a través de un proceso de flotación. Debido al bajo
contenido en minerales de la roca molida, habitualmente menos de 10%
en peso, la casi totalidad de la roca extraída de la mina se
convierte en residuos de minería. Los residuos de minería tienen
generalmente consistencias similares a las exhibidas por la arcilla
disgregada o fangos. Tradicionalmente, han de añadirse grandes
cantidades de agua a los residuos para que los mismos sean
bombeables. En su destino final, los residuos deben ser entonces
espesados para que los mismos puedan endurecer en el lugar elegido.
Se produce un coste muy importante en la operación de espesado de
los residuos de minería.
Una vez que los residuos de la mina son bombeados
desde la instalación de molienda, los mismos se envían directamente
a un estanque de residuos, o bien se envían directamente a una
planta de relleno, o bien se tratan con un hidrociclón para separar
las partículas bastas de las partículas más finas. La fracción basta
se envía a la planta de relleno y la fracción fina se envía al
estanque de residuos. Un estanque de residuos consiste generalmente
en una superficie grande en donde los residuos se dejan sedimentar y
el agua resultante se vacía hacia estanques de clarificación.
Un método para producir rellenos para minas a
partir de los residuos de minería consiste en tratar la suspensión
espesa de residuos con un banco de hidrociclones para separar la
porción más basta del material. La porción más basta (gruesos) se
alimenta a un silo y se deja sedimentar con parte del agua que
rebosa por la parte superior del silo. Los residuos más densos se
retiran del silo y se bombean a un mezclador, en donde se añade
cemento para producir relleno hidráulico.
El relleno, que es una suspensión espesa
generalmente de 50% en peso de sólidos, se vierte descendentemente
por un agujero o tubería vertical para depositarse en los vacíos
producidos por los trabajos de minería o en los tajos de arranque
dejados en el subterráneo. Debido a que es una suspensión espesa, el
relleno requiere altos volúmenes de cemento para consolidar el
material y el agua que exuda del relleno debe ser bombeada al
exterior de la mina. El contenido en cemento oscila entre 3 y 10% en
peso aproximadamente. El uso de un porcentaje de cemento
relativamente bajo requiere un tiempo mucho más prolongado para que
la masa de relleno se considere "portadora de carga" o
competente.
Otro método de relleno consiste en el relleno de
pasta. El relleno de pasta utiliza un contenido en cemento más bajo,
normalmente de la mitad aproximadamente del utilizado en el método
de relleno hidráulico descrito anteriormente. Además, no existe agua
exudada de la masa de relleno que deba bombearse a la superficie. El
tiempo de consolidación se reduce a una fracción del tiempo
requerido para consolidar el relleno hidráulico, permitiendo ello un
tiempo de ciclo más rápido. Otra ventaja derivada del uso de relleno
de pasta es que el mismo se prepara normalmente a partir de residuos
totales (sin clasificar). Esto reduce la carga de mantenimiento de
un área de almacenamiento de superficie grande.
Sin embargo, el relleno de pasta tiene algunos
inconvenientes. Resulta más difícil transportar pasta a la mina o
tajos de arranque, necesitándose a veces una bomba de desplazamiento
positivo para transportar la pasta a través de la tubería. La
producción de la pasta se efectúa normalmente tratando la suspensión
espesa de residuos de minería procedentes de la molienda mediante el
uso de espesadores de cubas grandes, filtros de discos o una
combinación de ambos. Esto requiere una gran inversión de capital
multimillonaria en dólares.
Lo que se necesita en la técnica es un agente
espumante que pueda incorporarse en la mezcla de sólidos, para
formar entonces la espuma dentro de la mezcla según un proceso de
una sola etapa, para eliminar las etapas separadas de preparación,
pregeneración y combinación de una espuma en la suspensión espesa
antes del transporte de los sólidos tal como por una tubería.
Por tanto, un objeto de la invención consiste en
proporcionar un método de transporte de macropartículas mediante la
incorporación de un agente espumante en una mezcla de
macropartículas y posterior producción de una espuma en la mezcla
antes del transporte a través de tuberías o pozos como una
suspensión espesa.
La presente invención proporciona un método de
excavación y transporte de macropartículas sólidas de acuerdo con
las reivindicaciones independientes 1 y 7.
La presente invención proporciona un método de
transporte de materiales sólidos que comprende proporcionar
macropartículas, añadir un agente espumante para formar una mezcla y
combinar dicha mezcla para formar una espuma dentro de la
mezcla.
La ventaja del método de la siguiente invención
es que pueden eliminarse las etapas de preparación, pregeneración y
mezcla de la espuma.
La acción de mezclado hace que el agente
espumante espume en la mezcla. La acción de mezclado puede ser
conseguida a través de la mayoría de dispositivos mezcladores
comercialmente disponibles.
El transporte de la mezcla se puede efectuar
mediante bombeo o mediante presión accionada por carga
gravitacional. Otra ventaja derivada de este método de incorporación
de un agente espumante en la mezcla de macropartículas es que se
reduce la presión requerida para bombear el material. El agente
espumante reduce la dilatancia de las macropartículas en la mezcla.
Por tanto, el uso del agente espumante permite el bombeo de
macropartículas que de otro modo serían imbombeables.
El contenido en agua de la mezcla es menor del
50% aproximadamente basado en el peso del material sólido. Con
preferencia, la mezcla tiene un contenido en agua de 5 a 25%
aproximadamente para formar una consistencia de pasta. La demanda de
agua del material viene dictada por las características de la
distribución del tamaño de partícula y de mineralogía que son únicas
para cada material.
Ejemplos de materiales sólidos que pueden ser
transportados por el método antes mencionado incluyen, pero no de
forma limitativa, residuos de minería, minerales, arena, carbón,
tierras, arcillas, fangos, áridos y mezclas de los anteriores.
Los agentes espumantes que pueden ser utilizados
con el método de la presente invención incluyen alcanolamidas,
alcanolaminas, alquilarilsulfonatos, copolímeros en bloque de óxido
de polietileno/óxido de polipropileno, alquilfenol etoxilatos,
carboxilatos de ácidos grasos, etoxilatos de ácidos grasos,
sulfonatos de ácidos grasos, sulfatos de ácidos grasos, surfactantes
conteniendo fluorcarburos, surfactantes conteniendo silicio;
olefinsulfonatos, olefinsulfatos, proteínas hidrolizadas y mezclas
de los anteriores. Un agente espumante preferido es un sulfonato de
alfa-olefina comercializado con la marca registrada
PS-356 de Master Builders, Inc., Cleveland, Ohio. El
agente espumante se añade en una cantidad de 0,001 a 0,4%
aproximadamente basado en el peso del material sólido, con
preferencia de 0,005 a 0,025% aproximadamente.
Preferentemente, el agente espumante se encuentra
en forma de un polvo seco. Esto facilita la manipulación y da lugar
a una capacidad mejorada de almacenamiento. Los agentes espumantes
líquidos podrían solidificar en climas muy fríos, necesitando así
una protección contra la congelación o la descongelación antes de su
uso.
Los agentes espumantes a base de alcanolamidas de
acuerdo con la presente invención incluyen, pero no de forma
limitativa, aquellos que tienen de 12 a 20 átomos de carbono
aproximadamente.
Los agentes espumantes a base de alcanolaminas de
acuerdo con la presente invención incluyen, pero no de forma
limitativa, aquellos que tienen de 12 a 20 átomos de carbono
aproximadamente.
Los agentes espumantes a base de
alquilarilsulfonatos de acuerdo con la presente invención incluyen,
pero no de forma limitativa, aquellos que tienen un grupo arilo y
que tienen grupos alquilo con 12 a 20 átomos de carbono
aproximadamente.
Los agentes espumantes a base de copolímeros en
bloque de óxido de polietileno/óxido de polipropileno de acuerdo con
la presente invención incluyen, pero no de forma limitativa,
aquellos que tienen de 10 a 20 unidades aproximadamente de cada uno
de los bloques.
Los agentes espumantes a base de
alquilfenoletoxilatos de acuerdo con la presente invención incluyen,
pero no de forma limitativa, aquellos que tienen un grupo alquilo de
12 a 20 átomos de carbono aproximadamente.
Los agentes espumantes a base de carboxilatos de
ácidos grasos de acuerdo con la presente invención incluyen, pero no
de forma limitativa, aquellos en donde la mitad de ácido graso tiene
de 12 a 20 átomos de carbono aproximadamente.
Los agentes espumantes a base de etoxilatos de
ácidos grasos de acuerdo con la presente invención incluyen, pero no
de forma limitativa, aquellos en donde el número de grupos etoxilato
es de 10 a 20 aproximadamente y la mitad de ácido graso tiene de 12
a 20 átomos de carbono aproximadamente.
Los agentes espumantes a base de sulfonatos de
ácidos grasos de acuerdo con la presente invención incluyen, pero no
de forma limitativa, aquellos en donde la mitad de ácido graso tiene
de 12 a 20 átomos de carbono aproximadamente.
Los agentes espumantes a base de sulfatos de
ácidos grasos de acuerdo con la presente invención incluyen, pero no
de forma limitativa, aquellos en donde la mitad de ácido graso tiene
de 12 a 20 átomos de carbono aproximada-
mente.
mente.
Los agentes espumantes a base de surfactantes que
contienen fluorcarburos de acuerdo con la presente invención
incluyen, pero no de forma limitativa, aquellos que tienen de 12 a
20 átomos de carbono aproximadamente y en donde una o más mitades
CH_{2} han sido reemplazadas por mitades CF_{2}.
Los agentes espumantes a base de olefinsulfonatos
de acuerdo con la presente invención incluyen, pero no de forma
limitativa, aquellos que tienen de 12 a 20 átomos de carbono
aproximadamente.
Los agentes espumantes a base de olefinsulfatos
de acuerdo con la presente invención incluyen, pero no de forma
limitativa, aquellos que tienen de 12 a 20 átomos de carbono
aproximadamente.
Los agentes espumantes a base de proteínas
hidrolizadas de acuerdo con la presente invención incluyen, pero no
de forma limitativa, los productos derivados de la hidrólisis de
proteínas. El peso molecular relativo de la proteína puede ser
cualquier peso molecular que proporcione la acción de espumado en
una mezcla cementosa. Preferentemente, el peso molecular relativo
oscila entre 10000 y 50000 aproximadamente. Las proteínas
hidrolizadas preferidas son gelatina hidrolizada, colágeno
hidrolizado y proteínas hidrolizadas derivadas de la sangre. Un
ejemplo no limitativo de gelatina hidrolizada es TG222 de Milligan
& Higgins (Johnstown, New York).
En el método de esta invención, las etapas de
separar las macropartículas sólidas de una zona de excavación y de
mezclar un agente espumante con las macropartículas para formar una
mezcla transportable, se realizan preferentemente en una bomba
mezcladora.
Además del agente espumante, se pueden añadir
también aditivos reconocidos en la técnica que tienen efectos
beneficiosos conocidos. Estos incluyen, pero no de forma limitativa,
agentes estabilizantes de la espuma, dispersantes reductores de la
cantidad de agua, agentes modificadores de la reología y
aceleradores. Se pueden emplear uno o más de tales aditivos, bien
individualmente o bien como mezclas.
Se puede añadir un agente estabilizante de la
espuma a la mezcla para estabilizar la espuma y conseguir así una
vida de servicio de la espuma más prolongada. Los agentes
estabilizantes de la espuma que pueden ser usados con la presente
invención incluyen almidos pre-gelatinizados, éteres
de celulosa, óxidos de polietileno, arcillas muy finas, gomas
naturales, poliacrilamidas, polímeros carboxivinílicos, alcoholes
polivinílicos, un material hidrófilo no polar, polielectrolitos
sintéticos, sílice ahumada, y mezclas de los anteriores.
Puede ser necesario un estabilizante de la espuma
debido a que el tiempo de transporte por la tubería podría ser largo
y/o la presión operativa en la tubería puede ser alta, quedando así
comprometida la estabilidad de la espuma.
Los agentes estabilizantes de la espuma a base de
éteres de celulosa de acuerdo con la presente invención incluyen,
pero no de forma limitativa, éter de celulosa modificada.
Existen muchos ejemplos de agentes estabilizantes
de la espuma de óxidos de polietileno comercialmente disponibles de
acuerdo con la presente invención, siendo un ejemplo típico la
variedad POLYOX (marca registrada) de Union Carbide. Es preferible
que los óxidos de polietileno tengan un peso molecular medio en peso
mayor de 500000 aproximadamente.
Los agentes estabilizantes de la espuma a base de
arcillas muy finas de acuerdo con la presente invención incluyen,
pero no de forma limitativa, arcilla de bentonita. La definición de
arcillas muy finas quiere incluir aquellas arcillas con un tamaño de
partícula menor de 20 micrómetros aproximadamente.
Los agentes estabilizantes de la espuma a base de
gomas naturales de acuerdo con la presente invención incluyen, pero
no de forma limitativa, goma guar, goma welan y mezclas de las
mismas.
Los agentes estabilizantes de la espuma a base de
alcoholes polivinílicos de acuerdo con la presente invención
incluyen, pero no de forma limitativa, aquellos que tienen un peso
molecular medio en peso mayor de 1000 aproximadamente.
Los agentes estabilizantes de la espuma a base de
polielectrolitos sintéticos de acuerdo con la presente invención
incluyen, pero no de forma limitativa, sulfonatos de polivinilo con
un peso molecular medio en peso mayor de 1000 aproximadamente,
polímeros polivinílicos con un peso molecular medio en peso mayor de
1000 aproximadamente y mezclas de los anteriores.
El agente estabilizante de la espuma se puede
añadir, bien solo o bien en combinación con otros agentes
estabilizantes de la espuma, en una cantidad de 0,0001 a 2%
aproximadamente basado en el peso de la suspensión espesa.
Además, se puede añadir un dispersante reductor
de la cantidad de agua a la mezcla para dispersar los materiales y
permitir así un contenido de agua más bajo en la mezcla al mismo
tiempo que se mantiene todavía una consistencia fluible, mejorando
con ello las propiedades del material de relleno colocado. Los
dispersantes reductores de la cantidad de agua que pueden ser usados
con la presente invención incluyen, pero no de forma limitativa,
sales de lignosulfonatos, sales de condensados de beta
naftalensulfonato/formaldehído, reductores de la cantidad de agua
que contienen melamina, ácidos policarboxílicos, copolímeros de
policarboxilatos, policarboxilaminas, policarboxilimidas y mezclas
de los mismos. El dispersante reductor de la cantidad de agua se
añade en una cantidad mayor de 0 a 2% aproximadamente basado en el
peso del sistema ligante o cementoso. Debe observarse que la
proporción de dosis del dispersante puede verse también influenciada
por la distribución del tamaño de partícula y por la mineralogía del
material sólido que está siendo tratado, así como por la química de
la mezcla.
Tal como se emplea aquí, el término ligante
incluye aquellos materiales que causarán el endurecimiento de una
mezcla. Estos incluyen, pero no de forma limitativa, cementos, tales
como cementos Portland o de alto contenido en alúmina, escorias,
cenizas volantes, materiales cementosos, cal, puzolanas y mezclas de
los anteriores.
Por otro lado, se pueden añadir cualesquiera
otros aditivos que no interfieran con las propiedades de la
suspensión espesa de macropartículas transportada por la presente
invención. Estos aditivos pueden incluir, pero no de forma
limitativa, cemento, retardadores del fraguado, aceleradores del
fraguado, cal, cenizas volantes, escoria de alto horno granulada y
molida e inhibidores de la corrosión. La cantidad de ligante que se
puede añadir viene determinada por la cantidad del tiempo de
endurecimiento y por la resistencia a la compresión deseada.
Normalmente, el material ligante o cementoso se añade en una
cantidad mayor de 0 a 30% aproximadamente basado en el peso del
material sólido.
Una ventaja derivada de la incorporación de un
agente espumante en la mezcla sólida de macropartículas es la
reducción del sangrado. El sangrado consiste en la separación de
agua de la mezcla. Es conveniente que no se produzca el sangrado de
agua de la mezcla, debido a que ello causará una reducción en la
capacidad de flujo de la mezcla. La incorporación del agente
espumante puede reducir el sangrado en un grado tan elevado como del
100%, según se ha comprobado en pruebas de laboratorio.
Cuando el material ha sido transportado a su zona
de colocación, el aire de la espuma se puede separar por diversos
métodos, si así se requiere. Estos métodos incluyen, pero no de
forma limitativa, el impacto mecánico tal como cuando se hace caer
sobre un tajo de arranque subterráneo o cuando se trata
mecánicamente mediante un aparato compactador de tierras
convencional, tales como rodillos o rodillos con patas de carnero.
Además, se puede añadir posteriormente un aditivo químico, tal como
un desespumante, a la suspensión espesa transportada, el cual hará
que la espuma se derrumbe, separándose así la mayor parte de los
vacíos de aire del material espumado.
En otra modalidad de la presente invención, se
proporciona un método para excavar macropartículas sólidas,
transformar las partículas sólidas a una consistencia de tipo pasta
y luego transportar las macropartículas sólidas a una zona de
colocación. En primer lugar, se separan las macropartículas sólidas
de la zona de excavación mediante una bomba y se mezcla el agente
espumante con las mismas. Puede necesitarse algo de agua para romper
las macropartículas sólidas para permitir el bombeo inicial; sin
embargo, la cantidad de agua necesaria no excede generalmente de una
cantidad que haría descender el total de sólidos por debajo de la
consistencia de pasta.
El agente espumante se puede añadir a las
macropartículas sólidas en un mezclador separado de la bomba, o bien
se puede emplear una bomba mezcladora. Un ejemplo de una bomba
mezcladora es la bomba de extremo húmedo Toyo DP/DL. Este tipo de
bomba es una bomba sumergible de aspiración por el fondo con un
agitador y suministro de agua en el fondo. En esta bomba, el agua se
alimenta al agitador para romper los materiales espesos o lodos y
convertirlos a una pasta para permitir el bombeo inicial. La bomba
está equipada con una boquilla para inyectar el agente espumante, o
cualquier otro aditivo deseado en la porción de agitador de la bomba
mezcladora. El agente espumante se inyecta mediante el uso de un
portador, que puede ser agua, aire comprimido o cualquier otro gas.
Si el agente espumante es un polvo seco, éste se puede disolver en
una corriente de agua, o bien puede ser insuflado con el gas. La
espuma proporciona la capacidad de bombeo de la suspensión espesa de
mezcla transportable de residuos de minería.
La bomba se mueve alrededor de la zona de
excavación para separar las macropartículas sólidas. Resulta
satisfactorio cualquier método adecuado para mover la bomba. La
bomba puede estar suspendida de un alero o de un brazo de soporte.
Alternativamente, la bomba puede estar suspendida de un sistema de
cable-polea bi-dimensional que
cubre la zona de excavación. Dicho sistema de
cable-polea incluye normalmente poleas paralelas
opuestas con una polea montada transversalmente entre las poleas
paralelas. La bomba puede moverse de lado a lado sobre la polea
transversal y de extremo a extremo sobre las poleas paralelas.
Desde la zona de excavación, las macropartículas
sólidas espumadas son transportadas a una planta de relleno. En la
planta de relleno, se añade ligante a las macropartículas sólidas
espumadas. Por medio de un analizador de humedad se mide el
contenido en agua de las macropartículas sólidas espumadas
alimentadas. Si es necesario, para conseguir el nivel total deseado
de sólidos en la mezcla final de macropartículas
sólidas-ligante, se puede añadir agua a la mezcla.
La cantidad de agua se calcula en base al total de sólidos de las
macropartículas sólidas espumadas alimentadas.
Tradicionalmente, se emplea una amasadora de
arcillas con dos tornillos mezcladores
contra-rotativos, accionamiento a velocidad variable
y paletas de paso ajustable, para mezclar el ligante y agua opcional
en las macropartículas sólidas y formar así una composición
hidráulica de macropartículas sólidas. Después de mezclarse, la
composición hidráulica de macropartículas sólidas se transporta a la
zona de colocación mediante alimentación por gravedad o mediante
bombeo.
En la modalidad anterior, la zona de excavación
puede ser un estanque de residuos de minería, las macropartículas
sólidas pueden ser residuos de minería y la zona de colocación puede
ser una mina o un tajo de arranque.
Cuando se hace referencia a una mina por toda
esta descripción, ello quiere también significar la inclusión de un
tajo de arranque.
La invención puede describirse por medio de los
siguientes ejemplos no limitativos. En los ejemplos ofrecidos a
continuación, el asentamiento se mide mediante ASTM C143 y C143M. La
densidad se mide colocando la mezcla en una copa de 400 ml. El peso
de tara de la copa es de 749 g.
40 kg residuos de minería húmedos
1,2 kg cemento-cemento Portland
de Lafarge
4 kg agua
Peso total de la mezcla y de la copa 1738,5
g.
Densidad = 989,5 g/400 ml
El contenido en agua se varía para determinar el
asentamiento.
Total agua a 5,4 kg: asentamiento: cono grande
11,3 cm
Total agua a 6 kg: asentamiento: cono grande
17,8 cm
40 kg residuos de minería
1,2 kg cemento-cemento Portland
de Lafarge
3,9 kg agua
8,96 ml de un polímero de metacrilato derivado de
polioxialquileno*
5,0 ml de un polímero de metacrilato derivado de
polioxialquileno*
Peso total de la mezcla y de la copa 1741,8
g.
Densidad = 992,8 g/400 ml
* El polímero es FC-900 de Master
Builders, Inc., Cleveland, Ohio
A continuación, se añade a la mezcla una espuma
pre-generada.
Asentamiento de la mezcla con espuma cono
grande 14 cm cono pequeño 4,4 cm
Peso total de la mezcla y de la copa 1510,3
g.
Densidad = 761,3 g/400 ml
A continuación, se preparan mezclas que se
ensayan como una referencia pura y luego con agentes espumantes
añadidos. Se ensayan el asentamiento y la densidad de la mezclas y
luego se preparan cilindros de ensayo para ensayar el sangrado y la
resistencia a la compresión. Se preparan cilindros de 47,6 cm x 15,2
cm, con un cilindro para medir el sangrado de agua y con tres para
la determinación de la resistencia a la compresión.
Serie
1
45 kg residuos de minería con 10,9% de
humedad
1,335 kg cemento-cemento Portland
de Lafarge
se añaden 6,6 kg de agua para llevar la densidad
de la pasta a 72% de sólidos.
1A
Asentamiento cono grande 19 cm
Peso total de la mezcla y de la copa 1571,9
g.
Densidad = 822,1g/400 ml
Nota: El material se segrega y sangra
rápidamente.
1B
A la mezcla de la Serie 1A, se añaden 9 ml de una
solución al 15% de un éter de celulosa modificada.
Asentamiento cono grande 19 cm
Peso total de la mezcla y de la copa 1549,1
g.
Densidad = 800,1g/400 ml
Nota: El material se segrega y sangra.
1C
A la mezcla de la Serie 1B, se añaden 10 g de
PS-356 como agente espumante.
Asentamiento cono grande 17,8 cm
Peso total de la mezcla y de la copa 1469,6g.
Densidad = 720,6 g/400 ml
Nota: La mezcla es estable y no se segrega.
Serie
2
La mezcla se prepara como en el caso de la Serie
1, pero con 5,4 kg de agua adicional para producir una densidad de
pasta de 74%.
2A
A la mezcla de la Serie 2, se añaden un éter de
celulosa modificada a 8,87% o 1,88 g/kg de cemento; y un
estabilizante de la espuma reductor de la cantidad de agua a 8,87% o
1,88 g/kg de cemento; y 10 g de PS-356.
Asentamiento cono grande 7,6 cm
Peso total de la mezcla y de la copa 1427,5
g.
Densidad = 678,5 g/400 ml
2B
A la mezcla de la Serie 2A, se añaden 1,2 kg de
agua para proporcionar una densidad de pasta de 72%.
Asentamiento cono grande 15,9 cm
Peso total de la mezcla y de la copa 1421,2
g.
Densidad = 672,2 g/400 ml
Nota: Se observa un ligero sangrado.
Los resultados de los ensayos de la resistencia a
la compresión y del sangrado para los ejemplos anteriores se ofrecen
a continuación en la Tabla 1.
La mezcla 1A muestra las características típicas
de una suspensión espesa sin tratar. La Tabla 1 muestra una alta
cantidad de sangrado para dicha mezcla y una reducción del sagrado
para la mezcla 1C próxima al 90% y al 80% con la adición del agente
espumante y del estabilizante de la espuma a las 4-5
horas y a los 3 días, respectivamente. La mezcla 2A muestra una
combinación de reductor de la cantidad de agua, varios
estabilizantes de la espuma y agente espumante que produjo una
mezcla que no sangró. Igualmente, la Tabla 1 muestra que todas las
mezclas consiguieron resistencias a la compresión aceptables.
Se realizaron tres ensayos de residuos de minería
con el agente espumante PS-356 suministrado por
Master Builders, Inc., Cleveland, Ohio.
La humedad de los residuos de minería es de
aproximadamente de 14% en peso de los sólidos con una consistencia
de arena húmeda suelta que tiene una consistencia de "aglomeración
" y que no fluirá como un líquido.
En el Ensayo #1, se mezclan 1000 g de residuos de
minería con 0,25 g de PS-356 en un mezclador
Hobart. Transcurrido aproximadamente un minuto desde la operación de
mezcla, el material produce una calidad de tipo lodo que permitió
que el material pudiera fluir y pudiera ser bombeado. Continuando
con la operación de mezcla, la densidad de la mezcla se reduce con
un mezclado adicional, como se muestra en la siguiente Tabla 2.
En el Ensayo #2, se mezclan 1000 g de residuos de
minería con 0,1 g de PS-356 en un mezclador
Hobart. Transcurrido aproximadamente un minuto desde la operación de
mezcla, el material produce una consistencia de tipo lodo que es
fluida y puede ser bombeada. Continuando con la operación de mezcla,
la densidad de la mezcla se reduce como se muestra en la siguiente
Tabla 2.
En el Ensayo #3, se mezclan 1000 g de residuos de
minería con 0,05 g de PS-356 en un mezclador
Hobart. Transcurrido aproximadamente un minuto desde la operación de
mezcla, el material produjo una consistencia de tipo lodo que era
fluible y bombeable. Continuando con la operación de mezcla, la
densidad de la mezcla se redujo como se muestra en la siguiente
Tabla 2.
Los resultados de los ensayos indicados en la
Tabla 2 demuestran que la adición del aditivo espumante puede
convertir un material de residuos con poca humedad libre en un
material que tiene propiedades de fluidez cuando se convierte a una
mezcla espumada. El material resultante tiene una densidad más baja
y mejores características de flujo que los residuos húmedos
originales empleados como material de partida.
Ha de apreciarse que la presente invención no
queda limitada a las modalidades específicas descritas
anteriormente, sino que incluye variaciones, modificaciones y
modalidades equivalentes definidas por las siguientes
reivindicaciones.
Claims (9)
1. Método para transportar macropartículas
sólidas que comprende: mezclar un agente espumante con las
macropartículas sólidas para formar una mezcla transportable; añadir
agua y un ligante a la mezcla transportable; mezclar la mezcla
transportable, agua y ligante para formar una composición hidráulica
espumada; y transportar la composición hidráulica hacia el lugar
deseado.
2. Método según la reivindicación 1, en donde la
mezcla tiene un contenido en agua menor de 50% aproximadamente
basado en el peso de las macropartículas.
3. Método según la reivindicación 1 ó 2, en
donde el agente espumante se encuentra en forma de un polvo
seco.
4. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, que comprende además añadir un agente
estabilizante de la espuma y mezclar dicha mezcla.
5. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, que comprende además añadir un dispersante
reductor de la cantidad de agua a la mezcla y mezclar la mezcla.
6. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, que comprende además añadir un ligante a la
mezcla.
7. Método de excavación y transporte de
macropartículas sólidas que comprende:
a. excavar las macropartículas sólidas;
b. separar las macropartículas sólidas de la
zona de excavación;
c. mezclar un agente espumante con las
macropartículas sólidas para formar una mezcla transportable;
d. añadir agua y un ligante a la mezcla
transportable;
e. mezclar la mezcla transportable, agua y
ligante para formar una composición hidráulica espumada; y
f. transportar la composición hidráulica hacia
el lugar deseado.
8. Método según la reivindicación 7, que
comprende además añadir un aditivo.
9. Método según la reivindicación 8, en donde el
aditivo se elige del grupo consistente en agentes estabilizantes de
la espuma, dispersantes reductores de la cantidad de agua, agentes
modificadores de la reología, aceleradores, retardadores del
fraguado, inhibidores de la corrosión y mezclas de los
anteriores.
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