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Papel blanco de bombeo de lodo rojo

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Mt Rosser Pond   

Proyecto de remediación  - Ensayos de bombas de lodo - Resultados

 

 


HOJA DE CONTROL DE DOCUMENTOS

Testimonios de Rio Tinto Alcan
Título del Proyecto Remediación de activos excluidos de Rio Tinto Alcan
Titulo del documento Prueba de la bomba de lodo - Hallazgos
Documento núm.: MDE0182RP0038WPR
Este documento comprende DCS TOC Texto Lista de mesas Lista de Figuras

Nº de

Apéndices

1 1 16 0 , ,

 

Reverendo Estado Autor (es) Revisado por Aprobado por Oficina de Origen Fecha de asunto
D01 Calado W Orsmond C Masson, R Tapp West Pier 22 Oct '11
F01 Final W Orsmond C Masson W Orsmond West Pier 15 Nov '11

 

1. INTRODUCCIÓN

Mt Rosser Pond es una presa de residuos de bauxita (lodo rojo) situada en las montañas Diablo al norte de la ciudad de Ewerton en Jamaica.

Blanco-papel-rojo-barro-jamaica-mapa-figura-1-1Figura 1.1

El "estanque" es en realidad una presa artificial que cubre un área de aproximadamente 40 ha y tiene terraplenes de enrocado de hasta 53 m de altura a lo largo del lado sur que forma el embalse. Inicialmente se construyó en 1959 para actuar como un estanque de relaves para tomar el residuo de bauxita (lodo rojo) de la planta de Ewarton, situada a unos 5 km de distancia y 300 m más abajo. El lodo rojo se bombeó como una suspensión que comprendía aproximadamente un 20% de sólidos al estanque durante un período de aproximadamente 32 años hasta 1991, cuando el estanque fue reemplazado por la instalación de apilamiento y secado de lodo Charlemount. Durante este período, los terraplenes de los estanques (denominados presas) se elevaron hasta 7 veces, lo que proporcionó una elevación final de la cresta de 472 m. Sin embargo, el estanque nunca se llenó hasta su capacidad de diseño final y el nivel de la playa de barro se mantuvo en unos 469 my el área central en unos 458 m, dejando una depresión cóncava que tenía aproximadamente 1.4 mil m.3 De agua con pH elevado y algún contenido cáustico.

Blanco-papel-rojo-fango-photo1-1Foto 1.1: Estanque Mt Rosser mirando desde la esquina sureste hacia el noroeste

El plan de remediación para el estanque incluye la eliminación del agua del estanque y luego la recalificación de la superficie del lodo para que tenga drenaje libre para que pueda estabilizarse y vegetarse. Cerca de 500,000 m3 de lodo deberá moverse a una distancia de hasta 1 km para crear el perfil requerido. Debido a la naturaleza muy blanda de los lodos superficiales (resistencia al cizallamiento de menos de 3 kPa), su capacidad de carga es inferior a 20 kPa, por lo que no es accesible ni siquiera con equipo de movimiento de tierras modificado. Además, los lodos son tirotróficos y, bajo cualquier vibración o carga de cizallamiento, se licúan rápidamente, lo que resulta en una reducción significativa de la resistencia al cizallamiento y pérdida de capacidad de carga. Por lo tanto, el uso de equipos de movimiento de tierras convencionales requeriría extensas carreteras de acarreo “flotantes” con un alto riesgo de que la maquinaria se atasque o se pierda toda la planta y el riesgo para el personal. Por tanto, se decidió investigar la posibilidad de bombear el lodo rojo in situ.

Se llevó a cabo una prueba de bombeo de lodo para evaluar la viabilidad de utilizar esta técnica para realizar el movimiento de lodo a granel. Bombear lodo rojo no es inusual y los lodos se bombearon inicialmente hasta el estanque Mt Rosser. Sin embargo, los lodos generalmente se bombean con un contenido de sólidos del 30% o menos. Una vez depositados, pueden tardar años en consolidarse y endurecerse lo suficiente como para permitir el acceso de movimientos de tierra ligeros y plantas agrícolas.

 

Además del bombeo de barro, el ensayo incluyó el relleno de tres geotubos de pequeña escala para evaluar su desempeño, ya que pueden ser necesarios como parte de los trabajos de regeneración.

Referencia del proyecto: AuM 0894 Jamaica. HSEQ Paquete de trabajo ref: JWP # 11001

1.1 OBJETIVO DEL JUICIO

El principal objetivo del ensayo con bomba fue determinar si los lodos podían ser bombeados en su estado in situ, y si no, qué cantidad de agua se requiere y cómo las variaciones en el contenido de agua afectan las tasas de bombeo.

Vinculado con esto era:

  • Obtener una apreciación de las dificultades de bombeo en estas condiciones
  • Obtener una comprensión del comportamiento de los lodos que rodean el área de la bomba.
  • Evaluar cómo se comportaron los lodos una vez depositados y cómo reaccionan cuando se depositan en el agua.

Para los geotubos, el objetivo principal era evaluar cómo los tubos contenían los lodos bombeados y cómo reaccionaban con el tiempo.

2        EQUIPAMIENTO USADO

La prueba de bombeo de lodo se llevó a cabo utilizando una bomba EDDY de 4 ”. Se recomendó esta bomba debido a su capacidad para manejar sólidos variables y su robusto mecanismo de operación. La unidad de bomba incorporó un accionamiento hidráulico y un cabezal de corte. La unidad se montó en la pluma de una excavadora JCB 220 que también suministró la alimentación hidráulica para accionar la bomba en el rango requerido de 30-40 GPM a 3,500 a 4,000 psi (2428 MPa). El cabezal de corte funcionaba con una unidad de potencia hidráulica independiente capaz de proporcionar los 30 gpm necesarios a 200 psi (1.9 l / sa 13.8 MPa). Si se monta en una excavadora de 30 toneladas con un sistema hidráulico System 14 y alimentaciones auxiliares dobles a la pluma, la excavadora puede suministrar toda la potencia hidráulica necesaria para la bomba y el cabezal de corte. Sin embargo, este equipo no estaba disponible en ese momento en Jamaica.

Blanco-papel-rojo-barro-excavadora-attchment-photo3-1 PHOTO 3.1: EDDY Pump in Excavator Attachment

Además de la bomba montada en la excavadora, se usó una excavadora de largo alcance (CAT 325) para mover los lodos hacia el cabezal de corte, pero también para aflojar los lodos y mezclar agua adicional para facilitar el bombeo. El agua se agregó bombeándola directamente desde el estanque usando una bomba de agua diesel de 3 ”.

Antes de bombear los lodos, la bomba de lodo funcionaría en modo de recirculación para cebar la bomba. Cuando está en modo de recirculación (recirculación), el material bombeado se desviaría a una tubería de descarga corta montada en la bomba dirigida hacia atrás paralela al cabezal de corte. Esta acción ayudaría a agitar y revolver los lodos.

Blanco-papel-rojo-barro-excavadora-attchment-photo3-2Foto 3.2: CAT 325 Largo alcance (60ft boom) y JCB220 con bomba de lodo Eddy.

Los geotubos para las pruebas tenían 6 m de largo y 1 m de alto (llenos) y fueron suministrados por Tencate. Los tubos estaban hechos de poliéster tejido - GT1000M y tenían un punto de llenado superior central. También se proporcionó un juego de bolsas pequeñas con un juego de prueba de polímero, pero no se probó en esta ocasión.

Blanco-papel-rojo-barro-geotubo-relleno-foto3-3Foto 3.2: Geotubo antes del llenado

3        PROPIEDADES

En 2004 se llevó a cabo una investigación geotécnica de suelos en los lodos dentro del estanque Mt Rosser. Se demostró que el material era predominantemente limo arcilloso con aproximadamente 13% de arena, 29% de arcilla y 58% de limo utilizando un análisis de tamiz e hidrómetro convencionales. Los límites de Atterberg indican que el material es una arcilla de plasticidad intermedia a alta. Sin embargo, los lodos varían a lo largo del lago y también verticalmente. Esto se debe principalmente al proceso de deposición y al lugar de descarga. Cerca del lugar de descarga, los materiales más gruesos se asentarían primero y los materiales más finos se dispersarían más lejos y hacia el extremo opuesto del estanque. Los resultados se presentan en la figura 4.1.

Blanco-papel-rojo-barro-figura4-1Figura 4.1: Análisis de clasificación (método convencional de mecánica del suelo, 2004 SI)

A principios de este año, se analizaron muestras de lodo adicionales, ya que era evidente que las pruebas estándar de mecánica del suelo no proporcionaron una evaluación precisa de este material fino. Esto fue particularmente evidente en las pruebas realizadas con tamizado en seco que muestran el material como arena bien graduada (véanse los resultados de las muestras 5300, 5301, 5302 en la figura 4.2). Cuando se dispersó en agua, incluso con un agente, la reología de 'rendimiento pseudoplástico' de los lodos pareció afectar los resultados del hidrómetro con grandes variaciones entre las pruebas (véanse los resultados de las muestras PFT4 y 5 tomadas durante las pruebas de bombeo de lodo en la figura 4.2).

La prueba adicional consistió en realizar gradaciones utilizando un analizador de partículas láser. Los resultados indicaron que los lodos son predominantemente silteos, aunque el porcentaje de sedimentos varía de 30% a 80%, siendo el material más arenoso o más arcilloso (hasta 15% de arcilla). Ver los resultados de las muestras que terminan en "L" en la figura 4.2 a continuación.

Blanco-papel-rojo-fango-partícula-tamaño-distribución-figura4-2Figura 4.2: Análisis de clasificación de lodos secos mediante tamizado en seco (5300-2), lodos húmedos mediante tamizado e hidrómetro (PFT) y análisis láser (L suffex).

Las pruebas de contenido de humedad en los lodos extraídos del interior del estanque de lodo pero debajo del agua del estanque variaron de 100% a 150% (50% a 40% de sólidos). Los lodos en la ubicación de la prueba de la bomba fueron 137% (42% de sólidos).

La resistencia al cizallamiento fue generalmente muy baja, variando de 1 kPa a 6 kPa aumentando con la profundidad. Las sondas dinámicas realizadas anteriormente indicaron que los lodos son "muy blandos" a 5 m, aumentando su resistencia de leve a "blando" a una profundidad de 9 m, después de lo cual aumentan a firme y se vuelven rígidos.

El pH de los lodos osciló entre 10.3 y 11.7 (promedio 11.2). Las pruebas anteriores indicaron que los lodos de la superficie tienen el pH más bajo, aunque una vez que atraviesan la corteza, el pH tiende a ser más alto. Al hacer las pruebas, se mezclaron los lodos hasta una profundidad de aproximadamente 2.5 m, por lo que no se pudo determinar ninguna estratificación en el pH.

4        RECOMENDACIONES

4.1 BOMBEO DE LODO

Inicialmente, el bombeo era problemático principalmente debido a que la excavadora no tenía suficiente potencia. Esto se diagnosticó como un problema de la bomba hidráulica y se reemplazó la excavadora. El cabezal de corte (que también actúa para proteger la entrada) tendía a cegar con el lodo (Foto 5.1) y tampoco proporcionaba suficiente agitación para licuar los lodos. Esto se resolvió en parte agregando "agitadores" (2 bucles de acero soldados a cada lado) al cabezal de corte giratorio y también un "peine" (Foto 5.2) para mantener abiertos los espacios dentro del cabezal de corte.

Blanco-papel-rojo-barro-cortador-cabeza-peine-foto-5-1-5-2Foto 5.1: Cabezal de corte cegado con barro Foto 5.2: Cabezal de corte con peine agregado

Las velocidades de bombeo de lodo variaban de 21 l / sa 52 l / s (332 - 824 gpm) y era claramente visible que cuanto más líquidos eran los lodos, mayor era la velocidad de bombeo. Se tomaron muestras a diferentes velocidades de descarga y contenido de humedad y porcentaje de sólidos determinados por pruebas de laboratorio. Los resultados están graficados en la Figura 5.1 y, aunque dispersos, dan una indicación de los efectos del contenido de sólidos en las tasas de flujo. El contenido de humedad natural de los lodos (in situ) en el lugar de la prueba fue 137%, o 42% de sólidos. Esto se muestra en la Figura 5.1 como una línea vertical. Se logró bombear lodos cercanos al porcentaje de sólidos, aunque las tasas de flujo fueron bajas.

Como se mencionó anteriormente, la excavadora de largo alcance se utilizó para aflojar el lodo. El agua se bombeaba desde el estanque usando una bomba de 3 ”hacia la excavación y el tramo largo luego trabajaría los lodos para mezclar el agua. La bomba de lodo se usaría en modo de recirculación para mezclar aún más los lodos en un estado más consistente. Incluso con esta mezcla y agitación, el agua tendía a concentrarse en la superficie. Esto ayudó al proceso inicial de cebado de la bomba y, una vez cebado, se pudieron bombear lodos más espesos a 1 ma 2 m por debajo de la superficie. Sin embargo, se encontró que los lodos más profundos tendían a tener grumos y esto reduciría o detendría significativamente el flujo, lo que requeriría que la bomba se elevara a lodos más delgados o tener que volver al modo de recirculación o tener que volver a cebar por completo. Por lo tanto, la descarga de la bomba fue muy inconsistente ya que la posición de entrada de succión necesitaba un ajuste constante en un intento de obtener una descarga adecuada pero también bombear los lodos más espesos posibles.

Blanco-papel-rojo-lodo-bombeo-alto-sólidos-foto-5-3-5-4Foto 5.3: Bomba de lodo en modo recirculación / cebado Foto 5.4: Descarga de lodos (± 30l / s, ± 37% sólidos)

Blanco-papel-rojo-barro-flujo-vs-sólidos-figura-5-1Figura 5.1: Gráfico de Caudal a diversos contenidos de sólidos

La descarga de los lodos bombeados se realizó a través de 30 m de manguera flexible y luego 60 m de tubería de HDPE de 4 ”que tenía un diámetro interno de aproximadamente 87 mm (3.5”). Los lodos se descargaron en la playa de lodo original, que se encuentra en una pendiente de aproximadamente el 9%. Al depositarse, los lodos fluyeron lentamente pendiente abajo. A veces, el flujo se detenía y los lodos se acumulaban y luego fluían nuevamente en un movimiento ondulatorio. El ángulo natural de reposo sería, por tanto, unos pocos grados menor que éste, probablemente del 5% al ​​6%.

Blanco-papel-rojo-lodo-descarga-foto-5-5-5-6Foto 5.5: Punto de descarga de lodo Foto 5.6: Descarga de lodo

Aunque los lodos tienen una resistencia al cizallamiento muy baja y se licúan con la agitación, los lados de la excavación tenían la resistencia suficiente para mantenerse cerca de la vertical a unos 2 m. Incluso durante la noche, hubo un hundimiento limitado y el banco podría verse socavado en aproximadamente 0.5 m con el cabezal de corte / agitador antes de colapsar.

En la terminación del bombeo, con el fin de vaciar la tubería, los lodos acuosos delgados fueron bombeados hasta que la línea estaba clara. A continuación, se utilizó un sistema de válvula "T" para conectar la tubería de bomba de agua 3 "y ésta se utilizó entonces para lavar la tubería con agua.

4.2 GEOTUBOS

Tres geotubos (1m x 6m) se llenaron con lodos rojos bombeados usando la bomba de Eddy de 4. Las tasas de llenado eran de 30 a 40l / s, aunque era difícil de evaluar ya que la consistencia de flujo y barro no era visible.

El tubo 1 se llenó inicialmente con más lodo líquido y luego lodos más espesos a medida que el operador de la bomba tuvo una mejor percepción de las condiciones. El tubo se llenó hasta que estuvo firme. El segundo tubo se llenó con lodos más espesos y el llenado continuó hasta que el tubo quedó tenso. Estos dos tubos se colocaron en la playa en pendiente para formar una pequeña zona de embalse en "U" que luego se llenaría con lodos bombeados. Aunque el área estaba preparada, el terreno inclinado hizo que el primer tubo girara unos 20 grados. El tubo se estacó y se rellenó el lado de la pendiente descendente. Se creó un lecho más definido para el segundo tubo y se limitó el mismo problema de rotación. Los dos tubos llenos con el lodo estancado se muestran en las Fotos 5.7 y 5.8. Aparte de una pequeña fuga en el contacto entre los dos geotubos, el encharcamiento de los lodos fue exitoso.

Blanco-papel-rojo-lodo-geo-tubos-formando-foto-5-7-5-8Foto 5.7: Dos tubos geo formando la hondonada del estanque de ensayo Foto 5.8: Los barrenos después del bombeo son líquidos

El tercer tubo se colocó sobre una superficie nivelada. Se llenó de lodo medio (pero consistente) de barro y se llenó hasta que el tubo estaba tenso.

Blanco-papel-rojo-barro-geotubos-foto-5-10-5-11Foto 5.10: Geotubo antes del llenado Foto 5.11: Geotubo lleno tenso - observe la filtración / sangrado

En los tres casos, hubo muy poca pérdida de lodo o filtración de los tubos. Cuando estaba parado, un poco de agua roja se escurría alrededor del área de presión. Una vez que esté tensada, toda la bolsa tendrá pequeñas gotas de agua rojas que se forman en el exterior (visibles en la Foto 5.11), pero la filtración fue en general nominal.

Los tubos han sido monitoreados y las fotos más recientes tomadas el 10 de octubre de 2011 (6 semanas después del llenado) muestran cómo los tubos se han reducido de volumen debido a la deshidratación de los lodos contenidos. Se estima que la pérdida de volumen ronda el 30%. Por tanto, el contenido de humedad previsto sería de aproximadamente el 90% y los sólidos de aproximadamente el 53%.

Blanco-papel-rojo-fango-geotubos-foto-completa-5-12-5-13Foto 5.12: Geotubo # 3 lleno a su capacidad Foto 5.13: Geotubo # 3 después de 6 semanas

Blanco-papel-rojo-barro-geotubos-antes-después-foto-5-14-5-15Foto 5.14: Geotubo # 4 después de 6 semanas Foto 5.15: Geotubo # 1 después de 6 semanas

Los lodos bombeados al estanque de prueba detrás de los geotubos eran de espesor medio a grueso, probablemente del orden de 37 a 40% de sólidos. Después de 6 semanas, el lodo no solo se endureció, sino que se secó significativamente con grietas superficiales amplias y profundas, como se evidencia en las fotografías 5.14 y 5.15.

El monitoreo de los tubos y el estanque de prueba está en curso.

6 PRÓXIMOS PASOS

El ensayo ha demostrado que:

  1. Los lodos pueden ser bombeados aunque se necesita agregar agua para lograr volúmenes de descarga "normales".
  2. Los lodos pueden ser bombeados cerca de su contenido de humedad insitu y muy probablemente a su contenido de humedad in situ si se agitaran más y el sistema de tuberías fue diseñado para reducir las pérdidas por fricción.
  3. La bomba necesita un método de cebado ya que los lodos son demasiado gruesos para permitir que se cebe.
  4. El acceso a la superficie del lodo es problemático y será muy difícil para el lodo bombeado.

Por lo tanto, si el bombeo se va a utilizar como el método principal de mover los lodos para regenerar el estanque, entonces la instalación de la bomba necesita como mínimo lo siguiente:

  1. Poder acceder a la superficie del lodo y moverse de manera eficiente y segura. La sugerencia es tener la bomba montada en un pontón que se coloca usando una cuerda de alta resistencia (dinema) o cable de acero. El sistema de bombeo debe controlarse a distancia, ya que esto limitaría el movimiento regular del personal en los lodos.
  2. Tenga un sistema de cebado que no requiera agua estancada en la superficie.
  3. Ser capaz de agitar los lodos alrededor de la cabeza de succión para licuar completamente ellos.
  4. Tener suficiente potencia y capacidad de volumen para bombear los lodos cerca o en el contenido de humedad in situ y descargarlos sobre 1000m a través de una tubería flexible.

También fue evidente a partir de las pruebas que los lodos no se derrumban y fluyen fácilmente. Por lo tanto, será necesario tener una excavadora anfibia para aflojar los lodos en el área alrededor del cabezal de la bomba. Este lodo debilitado y más líquido también ayudaría al movimiento del pontón de la bomba. Para limitar también la cantidad de movimiento que deberá realizar el pontón, la excavadora anfibia también podría mover el lodo hacia la ubicación de la bomba.

7        PROGRAMA

Usando la capacidad de la bomba de lodo de 4 ”, el movimiento del lodo tomaría alrededor de 1.5 a 2 años, sin embargo, la bomba necesitará ser más adecuada para la tarea. Sin embargo, un período objetivo de 1 año parece razonable. Sin embargo, antes de esto, será necesario adquirir e importar equipo a Jamaica. Las 6 y 10 pulgadas Accesorios de la bomba de dragado de la excavadora también se están considerando como una opción para un GMP más alto y un calendario de finalización más agresivo. Un programa preliminar es el siguiente:

Dec 2011 - Marzo 2012: Procure bomba y excavadora anfibia. Obtener pontón fabricado en Jamaica
Abril 2012 - Mayo 2012: Importa planta y establece en el sitio
Junio ​​2012 - Junio ​​2013: Bombeo de lodos y terraplenes a granel
Julio 2013 - Julio 2014: estabilización superficial y vegetación de inicio.

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