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OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO DE CONMINUCIÓN EN MINERÍA SUBTERRÁNEA MEDIANTE LA APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA MINE TO MILL

Por: Edwin Cereceda Espinoza, Jesús Guerra Molina y Edgard Atencia Daga, Sociedad Minera El Brocal.


Resumen

En la actualidad la minería se sitúa en un escenario donde se tiene recursos con menor contenido de ley, sumado a la coyuntura del país con la desaceleración económica y la inflación. Frente a ello, es de vital importancia buscar oportunidades de mejora que permitan que sea rentable el minado mediante la optimización del proceso con el objetivo de reducir el costo operativo. En particular la mediana minería aporta con una producción de Cu del 12.5% del total nacional, lo que se traduce en 304,828 Ton finas /año de Cu.

En la unidad de Colquijirca, de Sociedad Minera El Brocal, como parte del plan de mejoras se ha incorporado el proyecto Mine to Mill, metodología que ha brindado buenos resultados en los procesos de minería superficial.

Para dar paso a una solución, se realiza el análisis del estado inicial buscando sinergia entre las áreas de Operaciones mina, Mantenimiento y Planta concentradora cuyo objetivo es obtener un material más fragmentado y homogéneo, lo que implica mayor cantidad de finos, menores costos de trituración, mayores flujos horarios e incremento del tonelaje tratado.

Para realizar la aplicación de la metodología, se trabajó con la base de datos del proceso de fragmentación mina-planta (run of mine), generando un modelo y su posterior aplicación.

Antes de aplicar la metodología Mine to Mill, la fragmentación actual estaba en 9 pulgadas, resultando un tamaño subóptimo de alimentación de chancado y molienda con un costo del proceso conminución de mina-planta de 12.4 US$/ton. Se decidió utilizar la referida metodología para mejorar el circuito de conminución obteniendo un tamaño de fragmentación de 4.5 pulgadas y un costo del proceso de 10.2 US$/Ton. El circuito de molienda paso de 320 tph a 400 tph, un 10% de aumento de la eficiencia y una disminución del 60% en las horas de romper rocas, costo de daños de equipos y repuestos, controlando la dilución del mineral. Gracias a esto se ha logrado un ahorro de 660K US$ por mes.

Introducción

Sociedad Minera El Brocal es una empresa dedicada a la extracción, concentración y comercialización de minerales polimetálicos: plata, plomo, zinc y cobre. La extracción de mineral se da mediante la explotación a tajo abierto que produce minerales de plomo, plata y zinc y subterránea que produce mineral de cobre. Cuenta con tres chancadoras primarias, dos ubicada en los puntos de ingreso tanto del tajo como de la mina subterránea y la tercera en la planta de cobre. Los dos primeros son llevados mediante faja transportadora con una longitud de 5.5 kilómetros al circuito de chancado secundario. Cuenta con dos plantas concentradoras una de cobre y otra de plomo y zinc con una capacidad de tratamiento de 18,000 toneladas métricas secas por día.

Sociedad Minera El Brocal, se encuentra localizada en el distrito de Tinyahuarco, provincia de Pasco, departamento y región de Pasco, Perú.

Durante los últimos años se ha realizado varios trabajos de mejora de ambas plantas de procesamiento, sin embargo, eso no quita la antigüedad de la planta y las deficiencias que puedan presentarse en el tiempo.

Las dos chancadoras (Trio Móvil – Marca Punta Norte, chancado Cu – Huaraucaca) presentan un bajo rendimiento por el P80 elevado, generando retrasos por acumulación de bancos y/o atoros en el ingreso. Sumado a tiempos adicionales a la reparación y cambio de componentes del circuito de chancado. El rendimiento en chancado en Trio Móvil a diciembre de 2022 era de un ritmo de 3,500 ton/día y chanco Cu a un ritmo de 6,500 ton/día.

La acumulación de bancos sobredimensionados y traslado hacia un percutado generan retrasos en la alimentación, adicional ello a enero de 2023 se tiene 16 horas/día de percusión de bancos, generando un sobrecosto del 150% con relación a lo presupuestado.

A diciembre de 2022, se tiene un bajo rendimiento en los equipos de limpieza por las demoras de la selección de bancos sobre dimensionados de la carga y daños a los componentes (cilindros) por sobre esfuerzo del equipo. De igual manera, el bajo rendimiento en transporte (volquetes), por el bajo tonelaje por viaje por traslado de material grueso.

Se tiene un sobre costo en voladura secundaria por eliminación de bancos 10% por encima de lo presupuestado.

El enfoque de la metodología Mine to Mill ayuda a las plantas antiguas a mejorar su eficiencia y rentabilidad, al optimizar la cadena de producción desde la extracción de mineral hasta la producción final. Algunas formas en que la metodología ayuda a las plantas antiguas incluyen:

νIdentificación de oportunidades de mejora: determinar áreas de mejora en la cadena de producción, como la optimización de la fragmentación del mineral, el perfeccionamiento en la recuperación de metales y la reducción de los costos de energía.

νReducción de costos: reduce los costos de producción al optimizar la cadena de producción y disminuir los costos de energía.

νMejora de la calidad del producto: mejora la calidad del producto final al optimizar la fragmentación y la recuperación de metales.

νAumento de la producción: aumenta la producción al optimizar la cadena de producción y reducir los tiempos de inactividad.

El uso de tecnologías avanzadas de chancado y molienda, como los molinos SAG y los molinos de bolas de alta presión, también puede mejorar la fragmentación. Estos equipos utilizan fuerzas de compresión y cizallamiento para reducir el tamaño de las partículas, lo que resulta en una mejor liberación de los minerales valiosos.

Metodología Mine to Mill al 2023

A continuación, describiremos la importancia de la fragmentación, aplicación y estudios hasta la fecha sobre la metodología Mine to Mill, los cuales son base fundamental para este estudio.

La fragmentación es un proceso clave en la minería, ya que afecta directamente la eficiencia de la planta y el chancado. Una buena fragmentación permite una mejor liberación de los minerales valiosos y una reducción en el consumo de energía en la planta y el chancado.

Esto se puede lograr a través de diferentes métodos y dentro de una determinada etapa, como la optimización de la perforación y voladura, el uso de tecnologías avanzadas de chancado y molienda, y la implementación de estrategias de control de tamaño de partícula.

La optimización de la perforación y voladura se logra a través de la selección adecuada de los explosivos, la distribución de la carga y la secuencia de detonación.

La aplicación de la metodología del Mine to Mill está bastante avanzada en minería superficial y en subterránea es un gran reto, el cual implica considerar la integración de las áreas de Planeamiento, Geología, Operación de la mina, Mantenimiento y la Planta de procesamiento para optimizar la recuperación de mineral y reducir los costos de producción. Se debe considerar para una correcta aplicación de este enfoque en minería subterránea los siguientes puntos:

ν Diseño de la mina: el diseño de la mina subterránea debe considerar tipo de minado (Sub Level Stoping, Long Hole, Cuta and Fill, etc.), la ubicación y la calidad del mineral, parámetros geomecánicos y geológicos para optimizar la recuperación y minimizar los costos de transporte y procesamiento. Además, se debe considerar la accesibilidad de la mina y la capacidad de la planta de procesamiento para manejar el mineral extraído.

ν Selección de equipos: la selección de equipos de minería subterránea debe considerar la capacidad de procesamiento de la planta de chancado y la calidad del mineral extraído para un correcto blending. Además, se debe considerar la eficiencia energética y la capacidad de los equipos para manejar el mineral de manera eficiente.

ν Monitoreo y control: es importante monitorear y controlar el proceso de chancado para asegurarse de que se esté procesando el mineral de manera óptima y para identificar oportunidades de mejora. Además, se debe considerar la seguridad de los trabajadores y la eficiencia energética en la operación de la mina subterránea.

Se tiene varios estudios integrales del Mine to Mill, pero con prioridad en distintas etapas del proceso. El objetivo común de la mayoría de los estudios es mejorar el rendimiento del molino.

Sin embargo, muchos investigadores han estudiado el desempeño de otras etapas, tales como perforación y voladura, las cuales están directamente relacionadas con la fragmentación de roca inducida por voladuras y el rendimiento final del molino. Erkayaoglu and Dessureault, (2019) Park and Kim (2020).

Desde el 2011 al 2022 se ha tenido un mayor incremento de estudios enfocados en la etapa de perforación y voladura como eje principal para la optimización del proceso de conminución aguas abajo como se muestra en la Figura 2.

Asimismo, cabe destacar que la cantidad de estudios realizados son enfocados a open pit versus underground, donde se evidencia que aún existen pocos estudios enfocados en minería subterránea de manera integral.

De acuerdo con lo expuesto el presente estudio está enfocado en generar un modelo de conminución que permita brindar el P80 y optimizar el proceso de chancado y molienda.

Objetivos

ν Generar un modelo predictivo de fragmentación que brinde el P80 requerido por planta en base a los parámetros de perforación y voladura.

ν Evaluar el efecto de la perforación y voladura dentro del método Sub Level Stoping (SLS) y el efecto que conlleva en el resto de las etapas (carguío, transporte, percutado, chancado y molienda).

Desarrollo y colección de datos

El estudio está enfocado en la optimización multiobjetivo de los parámetros de diseño de la malla de perforación y esquema de carguío para la voladura, siendo alimentados por los parámetros litológicos, estructurales, geomecánicos y la necesidad de la planta concentradora.

Como se muestra en la Figura 4 el diagrama de flujo para la generación del modelo predictivo dependerá de dos funciones:

νLa función cantidad: es alimentada por los parámetros geomecánicos y geológicos, brindándonos como resultado un burden, espaciamiento y la velocidad pico partícula critica.

νLa función calidad: es alimentada con los valores obtenidos en la función cantidad, más los parámetros del explosivo y el macizo ajustado con los simuladores obteniendo un burden y espaciamiento ajustado, enfocado a mejorar la dilución y recuperación del proceso de minado.

Para el control de los resultados se tiene dos métodos: el directo basado en el análisis del tamaño de grano o tamiz para calcular la fragmentación práctica usada desde la línea del stock pile hacia molienda. Este método tiene una alta precisión, pero altos costos y demanda bastante tiempo ya que necesita una serie de muestras para tener una data robusta.

El otro método es mediante las técnicas indirectas y es el más usado en el campo, incluye metodologías de análisis empírico, visual y de imágenes, son más baratos en costo y tiempo invertido, con un riesgo equilibrado sobre la precisión cuyo error es ajustado con una mayor dimensión de muestra.

El análisis de imágenes es el método más preciso para determinar el tamaño de fragmento y, para ello, tenemos unas herramientas en el mercado como el Wipfrag, Slipt Desktop, Portametric, etc., que son los paquetes de software más conocidos.

Con lo descrito en la Figura 6 se genera los modelos predictivos para el cálculo de P80, para el caso de la unidad de El Brocal se general los siguientes modelos:

Para el desarrollo se emplearon un total de diez variables que influyen para hallar el modelo del P80, estos parámetros son:

ν n: Numero de taladros (m)

ν L: Longitud del taladro (m)

ν ST: Longitud sin carga (m)

ν B,S: Burden y espaciamiento (previamente calculado) (mxm)

ν Tn: Toneladas por fila (tn)

ν FC: Factor de carga (kg/tn)

ν Co: Carga operante (kg/retardo)

ν Deg: inclinación de taladros (grado)

ν Ab: porcentaje de abanico (%)

(1) Modelo principal predictivo para el cálculo del P80 óptimo.

En las Tablas 2 a la 4 se muestra la aplicación del modelo predictivo por zona.

Para la zona sureste se tiene un p80 mínimo de 7.6 cm (3 in), como máximo 42.9 cm (16 in), con una media de 13.8 cm (5.4 in).

Para la zona norte se tiene un p80 mínimo de 5.5 cm (2 in), como máximo 32 cm (13 in), con una media de 13.8 cm (5.9 in).

Para la zona suroeste se tiene un p80 mínimo de 11.8 cm (4.6 in), como máximo 36.9 cm (15 in), con una media de 14.3 cm (5.5 in).

Trabajos adicionales

Para poder hacer efectivo y se cumpla lo proyectado con el modelo predictivo, se realizó trabajos en gabinete y campo para el asegurar el P80 objetivo.

Se hizo la identificación de zonas por tipo de roca, litología, condiciones estructurales y nivel de ubicación, con ello realizó los cálculos de diseño de malla y esquema de carga de acuerdo con los modelos para el cálculo del burden y espaciamiento y ajuste con el modelo de predicción del P80.

Caso inicial enero 2023

Los datos para el caso inicial se muestran en las Figuras 7 a la 9. 

Ejecutado febrero 2023

Lo ejecutado a febrero de 2023, se muestra en las Figuras 10 a la 12. 

En las Figuras 10 a la 12 se evidencia un mayor tonelaje en los intervalos con P80 de 4-6 pulgadas. Asimismo, se logra el objetivo controlando la zona sureste.

Se realiza la evaluación de canchas para la muestra diaria y alimentar la base de datos para el ajuste del modelo de predicción. Para una mejor precisión se toma información de canchas (Marca Punta Norte y Huaraucaca), dentro de este proceso se realiza tomas en zigzag sobre la ruma para poder tener muestras de la cresta y base, tomas del limpieza del cargador, limpieza en tajo, lampón y durante el proceso de traslado y descarga de volquetes. Con estas muestra lo que se busca es ajustar el modelo predictivo.

Presentación y discusión de resultados

Bajo la implementación de la metodología Mine to Mill se logra reducir el P80 de enero de 2023 con un valor de 6.5 pulgadas a mayo de 2023 a 4.5 pulgadas, con respecto al promedio de 2022 de 7.9 pulgadas.

Esto como resultado ha logrado subir el rendimiento de chancado de cobre con relación al 2022 de 6,448 ton/día a 8,500 ton/día.

La reducción de P80 ha permitido ahorrar el consumo de energía, reducir las paradas y el consumo de materiales. En chancado de cobre se redujo el consumo de 2.26 kwh/t a 2.04 kWn/t similar caso en la chancadora de Trio Móvil de 5.5 kWh/t a 2.8 kWh/t.

Con la optimización del P80 se ha logrado reducir el consumo de materiales (blindaje) de acuerdo con el siguiente detalle:

ν C130 Acero de un costo de materiales de 0.51 US$/tms a 0.29 US$/tms.

ν H68809 Acero de un costo de materiales de 0.38 US$/tms a 0.26 US$/tms.

ν RC841 Acero de un costo de materiales de 0.29 US$/tms a 0.20 US$/tms.

La metodología Mine to Mill ha demostrado ser una técnica efectiva para mejorar el proceso de molienda, dentro de la evaluación desde mina se ha logrado caracterizar y separar por zonas, esto permite ajustar los parámetros de molienda para incrementar el rendimiento y optimizar el consumo de energía.

En el caso de molienda se ha logrado el incremento del ritmo de producción pasando de 340 tph a 400 tph.

Como se muestra en la Figura 22, se tiene un comparativo proceso de conminución con los respectivos tamaños de P80 por etapa y se muestra que en 2023 se ha reducido la brecha entre mina, chancado y molienda. Como segunda etapa del proceso Mine to Mill, se tiene la oportunidad de mejorar el proceso de separación y recuperación de mineral.

El objetivo de 2023 es bajar los costos de mina, servicios y planta, en el caso de mina son 4 US$/ton. Se ha logrado reducir el costo de chancado y molienda referida al costo de energía y bolas de 12.4 US$/ton a 10.2 US$/ton, con lo que se tiene un ahorro de 660K, si bien tenemos un incremento en los costos de suministros de P&V, estos se pagan con el ahorro generado aguas abajo.

Conclusiones

En conclusión, el enfoque de Mine to Mill es una estrategia efectiva para optimizar la producción minera y maximizar la rentabilidad. Al integrar la planificación minera con la gestión de procesamiento de minerales, se pueden identificar oportunidades para mejorar la eficiencia y reducir los costos. Además, la implementación de tecnologías avanzadas y la colaboración entre los equipos de minería y procesamiento pueden mejorar la calidad del producto final y aumentar la recuperación de minerales valiosos.

Esto se traduce:

ν En el incremento de rendimientos de las chancadoras en un 32%, pasando de 6 k ton/día a 8.5 k ton /día.

ν Incremento en el tratamiento de 340 tph a 400 tph.

ν Ahorro en el costo de energía y suministros de 12 US$/ton a 10 US$/ton.

ν Se incrementa el rendimiento de equipos de carguío y transporte al eliminarse los bancos y al generar un mejor material fragmentado se tiene un aumento en la producción de 220k tms/mes a 300k tms/mes.

Bibliografía

Erkayaoglu, M., Dessureault, S. 2019. Improving mine- to-mill by data warehousing and data mining. Int.

J.Min. Reclamat. Environ. 33, 409–424.

https://doi.org/10.1080/ 17480930.2018.1496885

Nima, R., Mohammad, T. 2019. Mine to Mill optimisation in Sarcheshmeh copper mine, Kerman, Iran.

Park, J., Kim, K. 2020. Use of drilling performance to improve rock-breakage efficiencies: a part of mine-to- mill optimization studies in a hard-rock mine. Int. J. Min. Sci. Technol. 30, 179–188.

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