Por: Víctor Araya, superintendente de Geología en Teck, y Miguel Carrera, especialista en Soluciones Mineras y Martin Bradshaw, analista de datos en MineSense. 

Introducción

En la industria minera la dilución y la pérdida de mineral son dos de los factores más importantes que afectan la rentabilidad de los proyectos mineros. Si bien los proyectos open pit pueden identificar y cuantificar los costos asociados con infraestructura, extracción y procesamiento de minerales, a menudo se hacen suposiciones sobre la dilución y la pérdida de mineral, las cuales cambian dentro de una mina para diferentes bancos o zonas. Esta variación, que principalmente se debe a los cambios en los estilos de mineralización y por lo tanto en la distribución de la ley, generalmente es conocida, pero debido al tamaño de la unidad mínima de modelamiento y estimación, no es posible su control y selectividad. 

La dilución en la minería impacta negativamente en el costo operativo al aumentar las toneladas extraídas y molidas a una ley de alimentación más baja que la nominal, afectando también la eficiencia y la recuperación en la mayoría de las Plantas. Por otra parte, la pérdida de mineral corresponde al material de valor que queda in situ o es enviado a botadero, lo cual tiene un impacto negativo en los potenciales ingresos.

MineSense Technologies ha desarrollado un sistema que determina en detalle la ley del material en el frente de carguío, lo que aumenta la rentabilidad, la sostenibilidad y la eficiencia operativa de una mina a través de la selectividad. Este sistema se llama ShovelSense® y es una combinación de hardware patentado, software innovador y una red de comunicación digital, que está conectado a un portal de datos del cliente alojado de forma segura en la nube. El sistema se instala en las palas y cargadores frontales de la mina y funciona como un componente clave de la infraestructura operativa, al proporcionar otro nivel de información sobre el cuerpo de mineral en tiempo real. Las operaciones mineras que utilizan esta tecnología han mejorado su rentabilidad debido a que reduce la dilución de estériles alimentados a planta y también rescata material de valor desde lo que el plan minero definió originalmente como estéril.

De esta manera, aumenta la vida útil de la mina al permitir la identificación de más mineral en el yacimiento, mejora la calidad de los minerales alimentados a planta y prolonga la vida útil de los botaderos. 

ShovelSense® escanea el material extraído utilizando la tecnología de fluorescencia de rayos X (XRF) escaneando los materiales mientras se llena el balde del equipo en la frente de carguío, después de la voladura. En este proceso, el sistema analiza en línea el contenido de componentes de valor del material para crear un conjunto de datos que determina la ley del material en el balde en tiempo real. Luego, esta información es enviada automáticamente al sistema de gestión de flotas, lo que permite tomar decisiones de enrutamiento de minerales y lastres en tiempo real.

La mina de cobre Carmen de Andacollo (Teck Resources Limited) es la primera faena en Sudamérica en instalar ShovelSense® y capturar valor adicional a través del control de la dilución y la perdida de mineral, gracias a la resolución y selectividad que proporciona esta tecnología. 

Contexto geológico

La geología del Yacimiento Carmen de Andacollo está estrechamente ligada a los fenómenos tectónicos del Cretácico temprano, donde un cambio en la dirección de subducción durante el Aptiano-Albiano (Brown et al., 1991) generaría un régimen compresivo con reactivación de estructuras NS de movimiento sinestral, que en el área de Andacollo habría permitido la formación un sistema tipo dúplex conformado por los sistemas de Fallas Andacollo, Twila, Central y Carmen (Araya, V. et al., 2021). Con la apertura de Atlántico (Albiano-Cenomaniano), la generación de una etapa extensiva en esta zona (Parra y Yañez, 1988) finaliza con el emplazamiento del Batolito Tablalalume, intrusivo estrechamente asociado al origen del sistema mineralizador Andacollo-Los Negritos (Montes, M., 2016), profundizando el desarrollo de estructuras NW y favoreciendo la intrusión de diques porfíricos dacíticos con mineralización de Cu-Au. En Carmen de Andacollo la mineralización primaria temprana es principalmente calcopirita-pirita y calcopirita-(bornita) diseminadas y en vetillas (EDM, A), mientras la mineralización primaria transicional es calcopirita-molibdenita (vetas B) y bornita-calcopirita (vetas SGV). Hacia las etapas tardías de la mineralización primaria, vetillas tipo D poco desarrolladas con pirita-(menor calcopirita) son finalmente cortadas por mineralización pirita-tenantita-tetrahedrita en vetillas tipo E (Araya, V. et al., 2012). La mineralización secundaria está dada principalmente por calcosina y escasa covelina, con ausencia total de una zona de óxidos de cobre. Los procesos geológicos relevantes en la formación del Yacimiento Carmen de Andacollo cierran con el evento compresivo del Campaniano (Emparan & Pineda, 2006), que generaría en CDA los sistemas anastomosados de Fallas NE a NS (El Toro, Hermosa, El Churque) que segmentan los sistemas estructurales y mineralizadores anteriores, los cuales son finalmente desplazados con movimientos normales y desarrollo de estructuras tipo horst-graben (Veloso, M. et al., 2015) de hasta un par de centenas de metros, presumiblemente durante los eventos extensivos del Maastrichtiano. 

Teck Carmen de Andacollo (Teck-CDA) está ubicada en la Cordillera de la Costa de Chile central, Región de Coquimbo, en el centro de Chile a 30°15’S latitud y 17°10'W de longitud. La propiedad es adyacente al pueblo de Andacollo, aproximadamente a 350 km al norte de Santiago de Chile y a 55 km al sureste de la cuidad de La Serena, desde donde se accede por caminos asfaltados. La propiedad se encuentra cerca del límite sur del Desierto de Atacama a una altura de aproximadamente 1.000 m s.n.m. Su minería es a cielo abierto y actualmente produce concentrados de cobre a partir de la explotación de sus reservas hipógenas. El proyecto considera una alimentación diaria a chancados de 55 Ktpd con una ley media de 0.30 Cut y su Plan Minero vigente considera una vida útil hasta el año 2036.

Uso de la tecnología ShovelSense®

Durante el año 2021, el sistema ShovelSense® fue instalado en uno de los cargadores frontales de mina Carmen de Andacollo. Después de su etapa de comisionamiento, el sistema comenzó a generar leyes en tiempo real por cada baldada de material extraído en el frente de producción; las leyes por baldadas son promediadas por cada camión para clasificar su destino final, con una mayor granularidad a la existente actualmente en la industria minera, permitiendo desviar camiones de mineral desde polígonos de lastre o camiones de lastre desde polígonos de mineral. 

Adicionalmente, el sistema puede identificar elementos nocivos como el arsénico, bismuto y mercurio. A medida que se recopilan las lecturas de leyes y se combinan con la posición del balde utilizando datos de HPGNSS, los operadores de la mina pueden comenzar a optimizar la planificación a corto y largo plazo, visualizando estos datos en 3D y alimentándolos al plan de la mina (Carrera et al, 2021).

La recopilación de datos de ley de mineral en tiempo real en el frente de extracción permite una clasificación instantánea de materiales que está transformando la manera en que operan las minas. Tradicionalmente, el método para representar el yacimiento y sus características geológicas es a través de un modelo de bloques basado en datos de sondajes y/o pozos de tronadura. Allí la información tiene la forma de un bloque homogéneo (por ejemplo, 15 m de largo, 15 m de ancho y 15 m de alto), con sólo una clasificación promedio de atributos por cada volumen. Sin embargo, la naturaleza geológica es significativamente más compleja y heterogénea que esta unidad de información. Por ejemplo, si pudiéramos subdividir un bloque del modelo por “sub-bloques” granulares más pequeños, veríamos con claridad que en la minería tradicional el negocio tendrá una pérdida de valor, equivalente a todos los sub-bloques de mineral contenidos en el bloque mayor de estéril, todos los cuales serán enviados a botaderos. Por otra parte, si aquellos sub-bloques son de lastre dentro de un bloque de mineral mayor, la operación minera tendrá dilución, es decir, el estéril se enviará al molino dando como resultado una ley   de alimentación a planta más baja y probablemente una performance metalúrgica menor.

El sistema ShovelSense® puede equiparse en el balde de una pala o de un cargador frontal utilizando dos o tres cabezas sensoras en la parte superior del balde, que están compuestas por un emisor de fluorescencia de rayos X de una fuente eléctrica, un receptor de fluorescencia de rayos X y un láser que permite medir la distancia entre el material y las cabezas sensoras las cuales cumplen la función de generar espectros de manera redundante. A medida que el balde se va llenando en el frente de banco con material run of mine (ROM), las cabezas sensoras son activadas cuando el láser identifica que el material comienza a rodar hacia el balde y cada sensor recopila espectros de fluorescencia de rayos X por milisegundo, obteniendo un promedio de 140 a 210 espectros por balde, permitiendo una caracterización representativa del material. Los espectros son comparados espacialmente con los pozos de tronaduras ubicados en zonas aledañas al balde para generar la calibración del modelo predictivo de leyes basado en la fluorescencia, lo cual permite obtener las leyes de cobre promedio por cada balde (Figura 1). Al integrar el posicionamiento global a los datos de ley de cobre, ShovelSense® puede detectar de manera in situ la presencia o ausencia de componentes de valor en zonas donde la información de perforación no existe o se encuentra demasiada espaciada para reconocer cuerpos mineralizados angostos, bolsonadas de mineral, vetas de mineral o vetas lixiviadas o diques no mineralizados. La información entregada por este sistema permite también detectar la posición real de los materiales, como las zonas de contacto estéril-mineral que fueron desplazadas desde su posición original debido a la tronadura.

Figura 1. Visión general del funcionamiento del Sistema ShovelSense.

Metodología

El Proyecto ShovelSense® (SS) en CDA consideró varias etapas de desarrollo, desde pruebas básicas de laboratorio con masas y granulometrías reducidas hasta la implementación de una prueba piloto con distintos materiales de granulometría ROM, representativos de los dominios geológicos relevantes del Plan Minero de Largo Plazo. Cumplidos los requisitos, la tecnología ingresó a la etapa de Prueba Industrial con la instalación de tres sensores en el balde de uno de los Cargadores Frontales de Producción. Aquí, el objetivo principal fue validar el sistema a través de indicadores de disponibilidad y de calidad de leyes basada en indicadores de Precisión, Exactitud y Sesgo. La Prueba Industrial fue realizada durante los meses de octubre y noviembre de 2021 y el cargador frontal utilizado corresponde a un modelo CAT 994, con capacidad de carguío de 19m³.

Para efectos de evaluación técnica de la Prueba Industrial, la información oficial del sistema SS fue reportada en el portal (nube) de MineSense. De esta manera, el equipo técnico de CDA pudo acceder a los datos de operación del Cargador, como el número identificatorio de cada baldada, su posición en el espacio, la fecha y hora exacta de cada baldada, turno, número identificatorio del camión de extracción y la ley de Cu promedio de cada balde cargado, tanto en frentes de producción como en frentes de desarrollo.

Para evaluar la confiabilidad de la estimación de leyes de cobre total del sistema SS, en Teck-CDA se implementó un programa de QA/QC que consideró la realización de controles por bases de datos para evaluar el sesgo de la data SS en ambiente AcQuire® y además 7 Controles de Campo, compuestas por 4 pruebas de Exactitud y 3 pruebas de Precisión. Los materiales sobre los cuales se realizó los Controles de Campo fueron los pertenecientes al plan de producción de aquel momento.   

Indicadores de calidad de la tecnología

Disponibilidad del sistema

Durante el periodo de prueba, el equipo técnico de CDA pudo verificar una alta disponibilidad del sistema. Los datos operativos fueron registrados en el sistema de gestión de flotas (Wenco®), donde se pudo comprobar una disponibilidad del Sistema SS del 96%, de un target de 90%.

Control de calidad de leyes SS

Con el propósito de asegurar la confiabilidad de la información reportada por el sistema, la Superintendencia de Geología Teck-CDA implementó un plan basado en el control digital y controles de campo de los indicadores claves de calidad. 

 Precisión

Durante la prueba industrial, la capacidad del sistema SS para reproducir sus propios datos de leyes bajo las mismas condiciones de operación fue medida a través del coeficiente de variación:

Cada prueba de control de campo de la Precisión consistió en la selección de un material en la frente de extracción (aproximadamente 40 tons), geológicamente conocido y aislado para evitar cualquier contaminación con materiales ajenos a la prueba, el cual fue rigurosamente homogenizado y posteriormente sometido a lecturas reiteradas de carga y descarga del balde (mínimo 30 veces). 

Los resultados de las pruebas de campo de la Precisión de la tecnología SS en CDA se presentan en la Tabla 1.

Tabla 1. Resumen con el número de ciclos de carga y descarga, desviación estándar, ley media y coeficiente de variación obtenidos en las tres pruebas de Precisión.

Las 3 pruebas de Precisión entregaron un promedio de CV= 0.068 de un máximo establecido para el Trial de 0.2.

Exactitud

La metodología para la medición de la Exactitud del sistema consistió en la comparación de las lecturas SS versus una ley “patrón” conocida y asumida como la “ley real”.  Durante la Prueba Industrial este tipo de control se realizó de forma digital y con pruebas de campo. Digitalmente, el control se realizó a través del cálculo del Error Porcentual Medio (MPE) que comparó las diferencias entre las lecturas SS y Modelo de Bloques Grade Control. En terreno, el control se realizó a través del cálculo del Error Porcentual Absoluto Medio (MAPE), que midió las diferencias entre las lecturas SS de camiones y el análisis químico de los materiales de esos mismos camiones.

Control Digital y Sesgo:  Este tipo de control fue realizado en forma rutinaria durante toda la operación de la Prueba industrial. La base de comparación de las lecturas SS fue el Modelo de Bloques Grade Control (BM), el cual en esta oportunidad fue estimado en bloques de 1m x 1m x 10m después de haber sido procesado en el programa OrePro3D® para el control de desplazamiento de los materiales debido a la tronadura. El propósito principal de este control digital de Exactitud fue poder verificar la existencia (o no) de Sesgo en la data SS respecto de los datos de los bloques ubicados en frentes de carguío. Para ello, los datos SS fueron extraídos georreferenciados desde el portal MineSense e ingresados, junto a los correspondientes datos espaciales de ley del MB, al Sistema Administrador de Datos Geológicos acQuire®, donde se calculó las diferencias entre ambas fuentes a través del MPE. La Figura 2 presenta un ejemplo del control del sesgo mediante un gráfico de exactitud de AcQuire®. 

Figura 2.  Gráfico de Exactitud según MPE que permitió visualizar un leve sesgo al inicio de la Prueba Industrial.

Control de Campo: El criterio de selección de las frentes a muestrear en estas pruebas de campo fue someter la tecnología SS a escenarios de decisión reales de la operación industrial. De esta manera, las zonas elegidas fueron aquellas que estaban en operación y donde el BM indicaba minerales de baja ley y zonas de interfase estéril-mineral. 

Para el control de campo fue utilizada la fórmula MAPE:

Para minimizar la probabilidad de contaminación de las muestras de interés con otros materiales de distinto origen, estas pruebas fueron realizadas cargando dos camiones de 190 toneladas, con 6 baldadas cada uno. En cada prueba los dos camiones fueron cargados en forma consecutiva, con el mismo tipo de material. El primero de ellos, tuvo el propósito de limpiar el sistema de chancado. El segundo, para ser triturado y finalmente muestreado en el sistema de correas transportadoras. Cada balde originó aproximadamente 170 lecturas SS cuyo promedio por balde entregó seis datos para cada camión. La media de esos datos SS por camión fue comparada con el análisis químico de su correspondiente carga muestreada en correas, a través de MAPE. Cada proceso de validación siguió la siguiente secuencia:

i.   En el momento en que la planta de chancado estuvo disponible para realizar el muestreo, se verificó que el cargador estuviera en una frente de carguío que cumpliera con la especificación de material de interés y que el sistema SS estuviera entregando data estándar por cada baldada. Entonces se dio la instrucción de desviar el primer camión desde la frente con el propósito de limpiar del sistema, mientras el segundo camión era cargado con el mismo tipo de material. 

ii.  Una vez que el chancado fue limpiado, se procedió a descargar el material del segundo camión para ser procesado por el chancador con línea primaria, secundaria y terciaria, para ser muestreado en correa.

iii. Para cada una de las 4 pruebas se obtuvieron desde la correa 30 incrementos individuales cercanos a 40 cm de largo de cinta, separadas cada 1 metro y cortando toda la sección de la carga, asegurándose de que todo el material fino fuera ingresado a la correspondiente muestra (Figura 3). 

iv. Una vez recolectadas, las 30 muestras fueron enviadas al laboratorio químico interno para su preparación mecánica y análisis químico de acuerdo con el protocolo estándar corporativo. Los incrementos fueron promediados para obtener la ley química del camión.

Figura 3. Muestreo de correa de 30 incrementos recolectados cada 1 metro.

En las 4 pruebas de Exactitud de campo, donde la ley “patrón” fue la ley química, el error porcentual absoluto medio (MAPE) fue calculado tanto para las estimaciones realizadas por el sistema SS como para las leyes de los bloques ubicados en las respectivas frentes de carguío. El resultado de este control se resume en la Tabla 2.

Tabla 2.  MAPE de las pruebas de campo midiendo la Exactitud del Modelo de Bloques Grade Control (BM) y del sistema ShovelSense (SS), respecto al Análisis Químico de muestras de correa.

Los resultados fueron favorables al sistema SS, con un error global del 10.24% de un objetivo de 20%. Nótese el caso de la Prueba N°2, donde el criterio para la elección de la frente a muestrear fue desafiar al sistema SS en una zona de interfase estéril-mineral.  El área elegida fue el Banco 1000, Fase 06H, donde existe una alta variabilidad de leyes. En dicha frente, en la vecindad del contacto estéril-mineral, el BM indicó mineral de baja ley con una media de 0.189% TCu y por lo tanto el destino planificado fue las plantas de chancado, mientras que las lecturas SS de las seis baldadas que cargaron el camión de extracción entregaron un promedio de 0.097% TCu indicando, por el contrario, un material estéril. El muestreo en correas de este camión finalmente entregó una ley de 0.090% TCu, lo que confirmó la condición de estéril del material, evitando su envío a planta y disminuyendo con esto la dilución del mineral alimentado. 

La Figura 4 es un Gráfico de Clasificación que presenta otra forma de visualizar la Exactitud las leyes de ambas fuentes (BM y SS) respecto a la ley química del material. En él se observan los resultados de las cuatro pruebas del Trial (puntos) y de un control realizado posteriormente, durante la operación minera estándar (triángulos). La distancia horizontal de cada par de datos a la recta de 45° expresa la diferencia de ambas fuentes respecto a la muestra patrón. La tecnología SS no sólo entregó resultados más cercanos al análisis químico y fue capaz de identificar material estéril desde una zona predefinida por el BM como mineral, sino también, durante la operación, fue capaz de “rescatar” mineral desde zonas predefinidas por el BM como estéril, evitando de esta manera la pérdida de valor. 

Figura 4. Gráfico de Clasificación de materiales, en función de la ley de corte de minerales alimentables a planta (0.13% TCu).  El círculo destaca dos ejemplos de errores de clasificación que el sistema SS pudo identificar, uno durante el Trial y otro durante la operación estándar.

Conclusiones

Durante noviembre del 2021 finalizaron las pruebas de terreno en forma exitosa, tanto de Disponibilidad como de Exactitud y Precisión, cumpliendo a cabalidad con los indicadores claves de desempeño esperados para Trial. Debido a estos resultados, Compañía Minera Teck-Carmen de Andacollo ha incorporado a su operación estándar esta tecnología, obteniendo una mayor resolución balde a balde que le permite tomar mejores decisiones de clasificación de materiales, reduciendo la dilución y la perdida de mineral debido a la visibilidad y selectividad de la tecnología. Éste es un buen ejemplo de cómo lograr una correcta clasificación del material extraído desde la frente de carguío, con un nuevo nivel de resolución y selectividad utilizando el sistema ShovelSense®. Esto ha permitido un mayor grado de certeza en las leyes promedios cargadas por camión, mejorando la clasificación de los materiales, teniendo como consecuencia un aumento en la cantidad y en calidad de mineral alimentado a Planta.

En la industria minera actual las decisiones de enrutamiento de camiones se toman utilizando modelos de bloques, donde la mínima Unidad de Minería Selectiva (SMU) brinda una resolución limitada debido al tamaño de los bloques estimados. Las empresas mineras saben que existen zonas de mineralización altamente variables, estructuras, bolsonadas de mineral y/o zonas de contacto estéril-mineral que necesitan ser definidas con una mejor exactitud, para evitar la dilución y la pérdida de mineral mejorando el desempeño y las ganancias de la operación. ShovelSense® reduce la SMU de una mina al tamaño de un balde, entregando datos de ley y clasificación de material en tiempo real en la frente de carguío, con resultados operacionales sin precedentes en la industria minera.

Agradecimientos

Los autores desean expresar su sincera gratitud al personal de la Superintendencia de Operaciones Mina, Metalurgia Planta y Superintendencia de Geología de Teck-Carmen de Andacollo, específicamente al compromiso de la Geóloga y Geólogo de Producción, Ingeniero de Terreno de Geología, Controladores de Terreno de Geología, Ingenieros de Corto Plazo, Topografía Mina, Jefa(es) de Turno, Jefe de Capacitación y Entrenamiento, Operadoras(es) de Equipo de Transporte, Operadores de equipos de Carguío, Despachadora(es) Mina, Metalurgista Senior Planta y al Superintendente de Geología. Del mismo modo agradecemos al Administrador de Bases de Datos de la Empresa EGM y al Ingeniero de Terreno de MineSense.  A todos ellos gracias por la valiosa colaboración en el éxito de este proyecto. 

Bibliografía

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