descripción del invento

MEMORIA DESCRIPTIVA
Este invento consiste en un sistema integrado de control, que incluye las
tecnologías de medición y estrategias de control a ser aplicadas en procesos de
Biolixiviación o Lixiviación de minerales tendientes a lograr mayores
eficiencias en el proceso al considerar todas las variables que influyen en esto.
ESTADO DEL ARTE
Es de conocimiento público la existencia en el mercado de la siguiente
instrumentación, control, comunicaciones y gestión de la información que se
utilizan en forma asilada y para el control de la variable en cuestión en pilas
de Lixiviación y Biolixiviación:
Sensores humedad para minerales que se instalan dentro del mineral tipo
capacitivo, de radiofrecuencia o por medición de conductividad eléctrica.
Sensores de flujo de aire fabricado basados en principios de diferencia de
presión o dispersiñon térmica, utilizados para medir el flujo de ventiliación de
las pilas.
Sensores de presión de gases para medir la presión estática en la ventilaciòn
de las pilas.
Sensores de concentración de gases de CO2, O2 para medir concentraciones
dentro de las pilas, que generalmente son utilizados en conjunto con sistemas
de extracción con bombas de vacio.
Sensores de nivel freático para medir el nivel de soluciones que se acumulan
en la pila, los que son instalados en la base de ella.
Sensores de flujo de soluciones que son el producto de la extracción de
mineral al lixiviar la pila, estos sensores pueden ser del tipo magnético o tipo
canal abierto. Se instalan en la base de la pila y en los puntos de evacuaciñon
de las soluciones enriquecidas con mineral.
Sistemas de sopladores industriales con sus controles de velocidad que
permiten ventilar las pilas por tuberìas instaladas en la base de las pilas para
trasferir gases al proceso que se produce en su interior.
Sensores analíticos para medir variables como pH, ORP para medir las
variables en las soluciones que son evacuadas de las pilas. Asociados a estos
sensors los sistemas de autolimpieza para aplicaciones con altos contenidos de
sólidos a pH bajos en sistemas de Lixiviación Bacteriana. Estos equipos son
fabricados por empresas como:
Sistemas de comunicaciones inalámbricas para incorporar a equipos de
medición y control, evitando el uso de cables. Actualmente son utilizados solo
para monitorear temperaturas dentro de las pilas y presiones de las soluciones
de riego de ellas.
Controladores Lógicos Programables (PLC) y sistemas de monitoreo y
control que permiten medir las variables del proceso. Los que son utilizados
en procesos de medición y cntrol de las pilas, orientados solo a observar las y
controlar las variables primarias.
Válvulas de control proporcional, para controlar aire que ventila las pilas y
soluciones de riego de las mismas.
Sistemas de toma muestras líquidos o lisímetros, utilizados para obtener
muestras de pilas de lixiviación de las soluciones que percolan en pilas.
Sistema de generación de energía, basados en Paneles Solares para alimentar
equipos y que los independizan de energia externa y el uso de cables. Esto es
realizado en algunas mediciones en pilas.
Sistemas de Riego de soluciones Lxiviantes o Biolixiviantes, consistentes en
Bombas, Tuberías, bombas de riego, reguladores de flujo, de presión y goteros.
Todos elementos son ampliamente utilizados en los procesos mineros para la
distribución en parrillas de riego, dispuestas en la superficie de las pilas, ya
sea con riego por aspersión o goteo.
Sistemas de monitoreo ambiental fabricados que permiten meidr humerdad
relativa, temperatura ambiental, velocidad y dirección del viento, lo que no se
utiliza como variable de control en pilas de lixiviación pero si se considera en
este invento.
En esta área de la mineria existen y se implementan sistemas de información
que permiten realizar balances metalúrgicos, manejo de inventarios de las
pilas, niveles de recuperación, etc; sin embargo, ellos no realizan un
monitoreo, supervisión y control de variables claves en una forma integrada,
tal como se puede realizar con lo indicado en el presente invento.
Es de conocimiento las severas condiciones en las que los dispositivos operan
en pilas, lo que hace altamente inconveniente la utilización de cables para
comunicaciones y energización de ellos.
DESCRIPCIÓN DEL INVENTO
Basados en las tecnologías disponibles en el mercado, que son utilizadas en
los procesos de lixiviación o biolixiviación en pilas, el presente invento
consiste en un diseño intergrado, que permite realizar un control que considera
todas las variables que influyen en los rendimientos del proceso. Actualmente
se relizan mediciones, sin embargo se realizan con el objetivo de controlar
puntualmente dicha variable, sin considerar que todas estàn, en un grado u
otro relacionadas entre si, tal como se decribirá a continuación. Un aspecto
que resuleve este invento, es el hecho que actualmente no existe una
infrastructura de comunicaciones para equipos y dispositivos, que evite el uso
de cables, tal como se usa el día de hoy para la mayoría de las mediciones que
se realizan, lo cual es inviable para la tecnificación que las pilas requeriran en
el futuro, con la incoporación de las variables descritas en este invento y en el
ejemplo respectivo.
Este invento establece una arquitectura y solución única que considera al
proceso como un todo integrado, lo que a la fecha sólo se hace en
parcialidades.
Las definiciones descritas a continuación, indicadas en la Figura 1, consisten
en la nomenclatura que permite describir el invento. Es necesario considerar
que toda la tecnología que es englobada en cada definición es de dominio
público y se encuentra disponible en el mercado, como elementos de uso
general en la industria.
FIGURA 1 (DEFINCIONES)
UDC, (1.1) Se define como Unidad de Control a aquella parte mínima o
subconjunto de un proceso global, en la que mediciones y acciones de control,
permiten lograr optimizaciones medibles en el propio proceso.
Las mediciones pueden ser tanto en línea, fuera de línea con combinaciones de
ellas.
HPCS, (1.2) HEAP PAD CONTROL SYSTEM, consiste en sistemas de
monitoreo, control y procesamiento de información de pilas, provenientes de
sensores en línea, de análisis fuera de línea, o del conocimiento experto a
partir de los datos recibidos. Típicamente, se hace referencia a PLC, DCS y
Sistemas de Información. Los sistemas de información son basados en
computadores industriales o servidores que operan en sistemas operativos
como Windows o Linux en recientes versiones.
TWI, (1.3) Interfaces de comunicaciones Inalámbricas, auto alimentadas, que
permiten medir y alimentar sensores específicos, como temperatura, Nivel
Freático.
THA, (1.4) Sistema de Analizadores, de bajo consumo, con capacidad de
medir, registrar en tiempo real y transmitir información vía. Los Analizadores
cuentan con entradas para variables medidas en el interior de la pila, como
temperatura, nivel freático, humedad de mineral, % de CO2 y % O2. Para su
operación se requiere de energía externa, de preferencia generada por paneles
solares.
TAM, (1.5) Sensor en configuración multivariable, que permite medir flujo,
presión estática y temperatura del aire de ventilación de las pilas. Se instalan
en las tuberías de aireación. Inalámbricos, autoalimentados, y con capacidad
de transmitir información en forma inalámbrica.
EMS, (1.6) Sistema meteorológico que proporciona información de las
condiciones atmosféricas y ambientales, que en el caso de las pila, forman
parte de las variables del proceso, dada sus efectos sobre el. Este equipo tiene
TMS,(1.7) Sistema de medición analítica. Consiste en sistema de toma
muestra y autolimpieza para variables de pH, ORP y Temperatura de la
solución producto del proceso de Biolixiviación. La necesidad de utilizar esta
técnica tiene relación a las interferencias producidas por los sólidos contenidos
en la solución, el pH de operación, bajo 2. Este equipo transmite la
información en forma inalámbrica.
PFFS, (1.8) Sistema de medición de flujo tipo canal abierto para medir el
flujo de la solución, producto de la Biolixiviación en la pila. Este equipo
transmite la información en forma inalámbrica.
SRC, (1.9) Sistema de riego consistente en Bombas, Válvulas, Reguladores de
presión y/o flujo, tuberías, goteros o aspersores.
WCS, (1.10) Infraestructura de comunicaciones inalámbrica medir y controlar
los diferentes componentes del sistema.
BLW, (1.11) Sistema de ventilación de las pilas, compuesto por sopladores,
su control, ya sea por Dumper, válvulas de regulación de flujo o variador de
frecuencia, que actúa eléctricamente sobre el motor eléctrico con ajuste
electrónico, lo que es más eficiente.
VVA, (1.12), Válvula automatizada y controlada, que permite regular el flujo
de aire proveniente del soplador, cuando no es posible regular en forma única
mediante el control de este y cuando uno soplador ventila varias pilas a la vez.
VVM, (1.13) Válvula manual o automatizada, que permite ajustar el flujo de
ventilación a la pila, por cada línea.
SSP, (1.14) Corresponde a la solución de salida y producto de la
Biolixiviación o Lixiviación.
RSS, (1.15) Corresponde a la solución Biolixiviante o Lixiviante, con la que
será regada la pila, mediante tuberías, válvulas, reguladores de flujo o presión.
EJEMPLO PARA CARACTERIZAR EL INVENTO.
Solo para ejemplificar el invento en cuanto a ser un diseño integral de
medición y control, se describen algunas funciones que es posible desarrollar
y que están orientadas a la optimización del proceso en la ventilación e
irrigación de una pila, aunque la aplicación no está limitada a estas funciones,
aunque no están limitadas a esto.
Funciones de Control.
A partir de las definiciones anteriores, las variables descritas y topologías
diseñadas, a continuación, y a modo de ejemplo, se definen algunas funciones
de optimización y control básicas, que es posible generar a partir del diseño,
no obstante la información generada es la base de modelos más complejos,
parte de la mejora continua, tanto del diseño del proceso, como también en
cuanto a aspectos operacionales.
La Figura 2 representa una función de control integrada, que opera sobre la
UDC o Unidad de Control, sólo a modo de ejemplo del sistema o invento, por
lo que es aplicable a otras funciones o modificaciones del sistema descrito.
La función integrada del ejemplo, (2.12) permite controlar variables de riego
(2.10) y ventilación (2.11) a partir de una algoritmo que está programado en
los sistemas de control, HPCS, (1.2) HEAP PAD CONTROL SYSTEM.
La variable de control de riego actúa sobre las bombas y válvulas que
permiten regar con la solución Lixiviante o Biolixiviante y la variable de
control de ventilación permite actuar sobre el variador de frecuencia del
soplador, por ejemplo.
Las variables que son adquiridas desde los sistemas y dispositivos del sistema
por el modelo de control son las siguientes y referidas a la Figura 2:
 Condiciones atmosféricas como presión, humedad, temperatura
provenientes del sistema, EMS, (3.6) Sistema Meteorológico.
 Parámetros del Aire de ventilación de las Pilas, TAM, (1.5) Sensor en
 configuración Multivariable.
 Parámetros del interior de la pila, T°, Concentraciones de Oxígeno,
CO2, flujos. THA, (1.4) y TWI, (1.3). como también las correlaciones
posibles establecer a partir de ellas.
 Parámetros de soluciones resultantes o de salida del proceso,
proporcionados por equipos TMS,(1.7) y PFFS, (1.8), como también de
análisis fuera de línea.
 Parámetros de la solución de riego, RSS, (1.15), como flujos y
características Bioquímicas.
 Parámetros propios de cada operación, como diseño de
granulometría y geometría.
la pila,
 Niveles de recuperación de mineral de la pila en el tiempo de operación
o vida útil.
 Rangos de riego y ventilación de diseño.
 Curvas de control sobre dispositivos de Riego y Ventilación.
 Sistema de Riego.
 Sistema de Ventilación.
Efectos sobre el proceso.
Las acciones integradas de control, considerando las variables indicadas en el
ejemplo que caracteriza este invento, tienen una justificación en los siguientes
aspectos, ya influyen en el rendimiento del proceso, no quedando limitado
solo a lo indicado:
 Las condiciones ambientales, como la temperatura del aire, altura de la
operación, tiene un efecto en el rendimiento de la ventilación de la pila
y por lo tanto de sopladores.
 Las presiones, temperaturas y flujos del aire inyectado en las tuberías
medidos deben ser controlados a partir de rangos nominales y su
distribución en la pila, de tal manera de poder corregir y regular.
 Temperaturas y % de O2 medidos en el interior de la pila representan el
consumo de Oxígeno, actividad bacteriana y la eficiencia en la
trasferencia de él al proceso.
 Ante aumentos o disminuciones de flujos o presiones estáticas en las
líneas de ventilación por fallas en la tubería, es posible realizar
correcciones en la operación mediante válvulas de restricción, de tal
manera de poder mantener los niveles de ventilación en cada módulo de
control.
 Los niveles y rangos de ventilación, durante las distintas etapas de la
vida útil y explotación de las pilas, son parámetros dinámicos,
asociados a los decrecientes niveles de recuperación, como también a
aspectos de estacionalidad o condiciones climáticas asociadas.
 Influyen en el modelo de control las condiciones atmosféricas, debido al
nivel de evaporación de la solución Lixiviante.
 Existe una proporcionalidad entre los flujos de ventilación e irrigación,
los que deben ser modulados en forma integrada.
 Concentraciones de O2% y temperaturas interiores de las pilas tienen
una relación con los niveles de irrigación.
 Los niveles de irrigación, durante la explotación, tienen curvas
dinámicas en relación con los niveles de recuperación; los que deben ser
también decrecientes.
 Los aspectos constructivos y de mineralogía tienen relación con
parámetros de operación en la ventilación e irrigación de la pila.