Procesamiento sostenible del oro en San Cristóbal, sur del Perú

San Cristóbal, poblado minero al sur del Perú, desarrolla la actividad en forma artesanal. Los mineros se organizan en pequeñas asociaciones para extraer el mineral. Mismo así, viven en precarias condiciones. Los objetivos de este trabajo son: Caracterizar los materiales de este yacimiento, estudiar el procesamiento del mineral, evaluar su rendimiento, identificar las técnicas medioambientalmente nocivas, proponer mejoras y probar mediante ensayos de laboratorio alguna de las técnicas propuestas, con tal de verificar la idoneidad de estos métodos con respecto a los materiales encontrados. El objetivo final es conseguir el desarrollo de la actividad, en aspectos sociales, económicos y medioambientales, es decir, intentar que sea sostenible

Strategic minerals milling modelling of high pressure grinding rolls and process parameters dependency

Comminution is the most energy consuming process in mining industry, where nearly 60 % of the electricity expenditure is due to grinding purposes. In the nature most of the ore minerals are found, finely disseminated and intimately associated with the gangue, thus, liberation is the main target to recover these minerals. In order to optimize the size reduction process, the correct prediction of the charactrisstic of the product in a milling reactor turns into a crucial task, and is the main motivation to develop this thesis. The materials used in this study belong to the so-called strategic raw materials, according to the European Commission, to increase competitiveness on the local production to those materials that are key to the industry and their supply is in a risky situation. Tantalum and tungsten ores were selected from the critical raw materials list, and the model developed was based on these two types of ores. The material was characterised in minerals and mechanical terms. The mineral composition was determined before being tested under a new methodology, the piston-die test, to find the breakage distribution function. After the test, the samples were also analysed to find breakage mechanism patterns. The experimental session were done using a reformed roll crusher, which was modified in order to have a high pressure environment during compression. The validation stage was performed at the Technische Universität Bergakademie Freiberg facilities, Germany, where the company Köppern Aufbereitungstechnik GmbH & Co.KG has a High Pressure Grinding Roll pilot plant. The product prediction is presented using an approach of the Population Balance Model (PBM). Such model treats comminution as a single plug flow reactor where selection and breakage functions are involved. In the process of determining parameters of one of these function, more in concrete, the breakage distribution function, by means of the new methodology, novel discoveries on the breakage phenomena were included into this new approach. It has been found that the breakage distribution function is non-normalizable when comminution is done in two compressive conditions: bed particle compression and single particle compression. Some differences on the breakage function parameters where found when varying the specific pressing force for a certain particle size range. These function parameters are closely linked with the mineral composition of the tested material. The content of competent minerals or the presence of altered phases, resulted on variation on these parameters values. The prediction model obtained using the lab-scale experiments data show consistency, but when the specific pressing force is included into the breakage function determination and into the model itself, it turns in a remarkable good fitting. In this case, the simulated product is compared with an industrial scale device test data. The used feed size distribution was several mono-size particles ranges but an heterogeneous particle size distribution was also tested, being the most similar material that is processed in mining industry. The working gap was studied to determine its dependency on operative conditions or material characteristics as composition, size or moisture. The energy consumption was also studied and it has been found how the roll speed is the most energy demanding concept in this type of machinery, and is the responsible of the plant throughput. The specific pressing force, which has an influenced on the product characteristic, has an important influence on the energy demand as well, but is not that relevant as in the case of the increment on the roll speed.La comminución es el proceso que consume más energía en la industria minera, donde casi el 60% del gasto energético es debido a esto. En la naturaleza, la mayoría de los minerales de interés se encuentran finamente diseminados y íntimamente asociados con la ganga, por lo tanto, la liberación es el objetivo principal para recuperar estos minerales. Para optimizar el proceso de reducción de tamaño de las partículas, una correcta predicción de las características de la molienda se convierte en una tarea crucial y ha sido la principal motivación para desarrollar esta tesis. Los materiales utilizados en este estudio pertenecen a las llamadas materias primas estratégicas, según la Comisión Europea, para aumentar la competitividad en la producción local de aquellos materiales que son clave para la industria y su suministro se encuentra en una situación de riesgo. Los minerales de tantalio y tungsteno han sido seleccionados de ésta lista de materias primas críticas, y se ha desarrollado un modelo metalúrgico basado en estos dos tipos de minerales. El material ha sido caracterizado en términos de su mineralogía y sus propiedades mecánicas. La composición mineralógica ha sido determinada antes de ser ensayada bajo una nueva metodología, denominada prueba de pistón, para encontrar la función de distribución de rotura. Después del ensayo, las muestras también fueron analizadas para encontrar patrones en su mecanismo de rotura relacionada con la mineralogía. Las pruebas de laboratorio fueron realizadas utilizando una trituradora de rodillos reformada, la cual que se modificó para tener un ambiente de alta presión durante la compresión. La etapa de validación del modelo desarrollado en el laboratorio fue ejecutada en las instalaciones de Technische Universität Bergakademie Freiberg, Alemania, donde la empresa Köppern Aufbereitungstechnik GmbH & Co.KG tiene una planta piloto de rodillos de molienda de alta presión. El producto de molienda en un HPGR se basa en el Modelo de Balance Poblacional (MBP). Dicho modelo trata la comminución como un reactor de flujo de pistón simple, en el que intervienen ciertas funciones de selección y de rotura. En el proceso de determinar los parámetros de una de estas funciones, más concretamente, la función de distribución de rotura, mediante la nueva metodología presentada en este estudio, se incluyeron nuevos descubrimientos sobre los fenómenos de rotura en este nuevo modelo. Entre ellos, se ha encontrado que la función de distribución de rotura no es normalizable cuando la trituración se realiza en dos condiciones de compresión: lecho de compresión de partículas y compresión simple de partículas. Se han encontrado algunas diferencias en los parámetros de esta función de rotura al variar la presión específica para un cierto rango de tamaño de partícula. A su vez, estos parámetros de función están estrechamente relacionados con la composición mineral del material ensayado. El contenido de minerales más competentes en términos de su resistencia mecánica o la presencia de fases alteradas, dio como resultado en la variación de los valores en los parámetros de la función de rotura. El modelo metalúrgico desarrollado a escala laboratorio ha usado los datos de la caracterización mecánica de la prueba de pistón. La simulación del producto comparado con los datos experimentales muestra ser consistente. Sin embargo, cuando la presión específica se incluye en la determinación de la función de rotura y en el modelo en sí mismo, el ajuste del modelo se torna notable. En este caso, el producto simulado se compara con los datos de las pruebas en un dispositivo a escala industrial. La distribución del tamaño de alimentación utilizada fue de varios rangos de partículas de mono-tamaño. Sin embargo, también se utilizó una distribución de tamaño de partículas más heterogénea, siendo este un material más similar al que se procesa en la industria minera. La distancia operativa entre los rodillos (GAP) se ha estudiado para determinar la dependencia de éste ante las condiciones operativas del proceso o debido a las características del material como la composición, el tamaño o la humedad. También se ha estudiado el consumo de energético del proceso y se ha descubierto que la velocidad de los rodillos requiere un consumo de energía elevado, para este tipo de maquinaria y, por lo tanto, responsable de la optimización energética de la planta. Por otro lado, la presión específica, que influye en la característica del producto, también tiene una influencia importante en la demanda de energía, pero no es tan relevante como en el caso del incremento de la velocidad de los rodillos.Postprint (published version

Procesamiento sostenible del oro en San Cristóbal, sur del Perú

En este trabajo se intenta introducir el concepto de sostenibilidad a la minería artesanal. Para lograr esto, se estudian y evalúan los procesos efectuados en un poblado dedicado a esta actividad, San Cristóbal. La naturaleza en la que se encuentra el oro, encapsulado en la pirita, es el principal responsable del bajo rendimiento de los procesos, siendo la fase de fragmentación insuficiente para liberar el oro, debido al uso de equipos rústicos de trabajo. La presencia de Sulfosales de bismuto, arsenopirita y aguas ácidas dificulta los procesos de recuperación del oro, el cual también es altamente contaminante, por la intervención de mercurio. Sin embargo, y en fases posteriores del proceso, usan cianuro para recuperar el oro residual de los lodos que genera la actividad, siendo este un método viable, si está bien controlado, para reemplazar el mercurio en los procesos. También se han estudiado diversos métodos para mejorar los usados actualmente, y se han practicado ensayos de laboratorio con uno de ellos. La técnica ensayada se denomina cloración, y los resultados si bien no son muy favorables de cara a recuperar el oro, parece resultar efectivo para lixiviar otros elementos, como el cobre. Finalmente, se propone una reestructuración del actual sistema de procesamiento utilizado en San Cristóbal, el cual conjuga la eficiencia en la recuperación del oro, neutralización de residuos generados y un mayor lucro de la actividad. Para esto se ha presentado una comparación económica de ambos métodos. Sin embargo, esta reestructuración implica también un cambio en la estructura organizativa del poblado, lo que llevaría también a una reforma social importante.Peer ReviewedPostprint (published version

Friction factors determination and comparison in potash mines

Friction factor is a crucial parameter for assessing and modelling the ventilation system in underground mining. However, the development of a mine along its life can complicate the airflow supply required to the working faces, creating setbacks in terms of productivity and production. For this reason, it is very important to determine all the ventilation parameters. This paper examines data collected from different surveys carried out in two potash mines –both using a room and pillar exploitation method– with the idea of determining the friction factors through the Von Kármán equation, which connects the Atkinson friction factor with roughness of the airways. Standard values of such type of mining have been obtained, determining the roughness variation along the year due to surface climatic, which influences the shape and geometry of the tunnels in evaporitic exploitations.Peer ReviewedPostprint (published version

Analysis of a historical accident in a Spanish coal mine

There has been a long history of coal mine accidents and these, usually, involve serious injuries, fatalities, and the destruction of facilities. In the seventies, an explosion killed 28 miners in a Spanish coal mine. This paper gives insight into the main factors of the accident by means of the causation mode, using two well-known alternatives: (1) the method from the Spanish Instituto Nacional de Seguridad y Salud en el Trabajo (INSST), where the causes and circumstances of the accident are classified into immediate causes and basic causes, and (2) the Feyer and Williamson method, where the classification is done using precursor events and contributing factors. The analysis identifies the lessons to be learned from the disaster. Both methods have given very similar results, verifying the goodness of the analysis. Methane emissions due to a variation in the exploitation method, the electrical installation, and a lack of safety procedures and training were the main causes of the accident. These findings explain the real causes of this accident and can be very valuable for the prevention of future accidents.Peer ReviewedPostprint (published version

Mineral processing analysis in artisanal gold mining, Peru

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Safety culture maturity in several latin America mining activities

Health and safety is a crucial issue in the mining industry because of the implication of fatalities in this sector. A study of safety culture maturity in several Latin America countries has been done based on the model from Filho et al. [1]. The questionnaire includes 28 items regarding the type of activity, number of employees and safety culture characteristics of the activity: Information of accidents and misses, organizational structure to deal with the information, involvement of the company in health and safety issues, the way it communicates accidents and misses and commitment of the company towards health and safety. The questionnaire was completed by 58 mining company managers from Bolivia, Peru, Colombia and Mexico. Results show different behaviours depending on the type of company, cooperative or private company. When private companies are analysed, it is seen a level of maturity according to the size of the company, whereas cooperatives does not have a clear trend in terms of size apart from very small cooperatives, less than 10 employees. However, there is a remarkable difference between cooperatives that have implemented continuous improvement systems and the others. In particular, cooperatives with a continuous improvement system have been analysed, displaying much higher safety culture levels. Therefore, it can be concluded that private companies improve their level of safety culture as the size of the company increase, because procedures and control systems are implemented. When cooperative or small companies introduce similar systems they also achieve substantial gains, but their approach is different. Managers from cooperatives have to see economic reasons to implement it, such as the Fairmined certificate.Peer ReviewedPostprint (published version

Ventilation friction factor determination and comparison: two case studies of potash mining

Friction factor is a crucial parameter in assessing and modelling ventilation systems in underground mining. However, the development of a mine along its life-cycle can complicate the airflow supply required at the working faces, creating setbacks in terms of productivity and production. Hence, it is very important to determine all the ventilation parameters, including roughness and the friction factor. In this paper we examine the data from several surveys that were carried out in two potash mines (both using the room-and-pillar method) with the aim of determining the friction factors through the Von Kármán equation, which connects the Atkinson friction factor with airway roughness. Comparison of the two mines provided consistent results, despite some differences in the mining methods, and we were able to establish standard values for this type of mining. Furthermore, a roughness variation over a year in this type of evaporitic mining has been determined, indicating that the specific climate characteristics of the zone affect the walls and roofs of the tunnels and therefore their roughness. Friction factor values have also been validated by means of several ventilation simulations and contrasted with values in the literature.Peer ReviewedPostprint (published version

Temperature prediction model in the main ventilation system of an underground mine

A model to forecast the underground temperature in a mine ventilation circuit was developed on the basis of a case study and actual data describing temperature, airflow, and drift length collected over several years. A mathematical model featuring seven variables with interactions provided reliable predicted temperatures, achieving a correlation of R2 = 0.933 with an estimation error of ±2 °C. Its soundness was proven using both the node-to-node analysis and the multi-node approach. The multi-node approach was shown to be an interesting option to model underground mining environments. This model can be very useful to predict the temperature evolution along the main ventilation system, determine the best workplace conditions in terms of temperature, and analyze different planning scenarios of the mine. Moreover, some recommendations are presented for obtaining reliable data when using temperature sensors and the model in a U-shaped ventilation system.Peer ReviewedPostprint (published version

Ore processing technologies applied to industrial waste decontamination: a case study

Peer ReviewedObjectius de Desenvolupament Sostenible::12 - Producció i Consum Responsables::12.2 - Per a 2030, assolir la gestió sostenible i l’ús eficient dels recursos naturalsObjectius de Desenvolupament Sostenible::12 - Producció i Consum ResponsablesPostprint (published version