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Papel blanco de bombeo de lodo rojo

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Mt Rosser Pond

Proyecto de remediación - Ensayos de bomba de lodo - Hallazgos


HOJA DE CONTROL DE DOCUMENTOS

Testimonios de Rio Tinto Alcan
Título del Proyecto Remediación de activos excluidos de Rio Tinto Alcan
Titulo del documento Ensayo 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 tipo de operación 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 un dique hecho por el hombre que cubre un área de aproximadamente 40ha y tiene terraplenes de hasta 53m a lo largo del lado sur que forma el embalse. Inicialmente se construyó en 1959 para actuar como un estanque de relaves para eliminar el residuo de bauxita (lodo rojo) de la planta de Ewarton, ubicada aproximadamente a 5km y 300m más abajo. El lodo rojo fue bombeado como una suspensión que comprende aproximadamente 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 barro de Charlemount. Durante este período, los terraplenes de los estanques (denominados presas) se elevaron hasta 7, lo que proporcionó una cresta final de 472m. Sin embargo, el estanque nunca se llenó hasta su capacidad de diseño final y el nivel de la playa de lodo se mantuvo en aproximadamente 469m y el área central en 458m dejando una depresión cóncava que se mantuvo alrededor de 1.4mil m3 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 remoción del agua embalsada y luego la recalificación de la superficie del lodo para que se drene libremente, de modo que pueda estabilizarse y vegetarse. Acerca de 500,000 m3 El barro deberá moverse una distancia de hasta 1km para crear el perfil requerido. Debido a la naturaleza muy suave de los lodos superficiales (resistencia al corte inferior a 3kPa), su capacidad de carga es inferior a 20kPa, por lo que no es accesible con equipos de movimiento de tierras incluso modificados. Además, los lodos son tirotróficos y, bajo cualquier vibración o carga de cizallamiento, se licuan rápidamente, lo que resulta en una reducción significativa de la resistencia al cizallamiento y la pérdida de capacidad de carga. Por lo tanto, el uso de equipos convencionales de movimiento de tierras requeriría extensas vías de "flotación" con un alto riesgo de que la maquinaria se atasque o la pérdida de toda la planta y el riesgo para el personal. Por lo tanto, se decidió investigar la posibilidad de bombear el lodo rojo in situ.

Se llevó a cabo un ensayo de bombeo de lodo para evaluar la viabilidad de utilizar esta técnica para mover el lodo a granel. El bombeo de lodo rojo no es inusual y los lodos se bombearon inicialmente hasta el estanque Mt Rosser. Sin embargo, los lodos generalmente se bombean a un contenido de sólidos de 30% o menos. Una vez depositados, pueden tardar años en reconsolidarse y reafirmarse lo suficiente como para permitir el acceso de movimientos de tierras 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 DE LA PRUEBA

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

El ensayo de bombeo de lodo se realizó con una bomba 4 ”EDDY. Esta bomba fue recomendada debido a su capacidad para manejar sólidos variables y un mecanismo de operación robusto. La unidad de bombeo incorpora 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 alimentar la bomba para el rango requerido de 30-40 GPM en 3,500 a 4,000 psi (2428MPa). El cabezal de corte fue alimentado por una unidad de potencia hidráulica independiente capaz de proporcionar los 30gpm requeridos en 200psi (1.9 l / s en 13.8MPa). Si se monta en una excavadora 30-ton con un sistema hidráulico System 14 y dos alimentaciones auxiliares 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 utilizó 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 bombeando directamente desde el estanque utilizando una bomba de agua diésel 3 ”.

Antes de bombear los lodos, la bomba de lodo funcionaría en modo de recirculación para cebar la bomba. Cuando se encuentra en modo de recirculación (recirculación), el material bombeado se desviaría hacia un tubo de descarga corto montado en la bomba, dirigido de forma paralela al cabezal de corte. Esta acción ayudaría a agitar y remover 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 fueron 6m de largo y 1m de alto (rellenos) y fueron suministrados por Tencate. Los tubos fueron hechos de un poliéster tejido - GT1000M y tenían un punto de llenado central superior. También se proporcionó un conjunto de bolsas pequeñas con un conjunto de prueba de polímero, pero esto no se intentó durante esta ocasión.

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

3 PROPIEDADES

Se realizó una investigación geotécnica de suelos en los lodos dentro del estanque Mt Rosser en 2004. Mostró que el material es predominantemente limo arcilloso con aproximadamente 13% de arena, 29% de arcilla y 58% de cieno usando análisis de tamiz convencional e hidrómetro. Los límites de Atterberg indican que el material es una arcilla de plasticidad intermedia a alta. Sin embargo, los lodos varían a través del lago y también verticalmente. Esto es principalmente como consecuencia del proceso de deposición y la ubicación de descarga. Cerca de la ubicación de descarga, los materiales más sólidos se asentarían primero y los materiales más finos se dispersarían más 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 de suelos no proporcionaban una evaluación precisa de este material fino. Esto fue particularmente evidente en las pruebas realizadas con tamizado en seco que muestra el material como arena bien graduada (vea 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 "lodo pseudo-plástico" de los lodos pareció afectar los resultados del hidrómetro con grandes variaciones entre las pruebas (vea los resultados de las muestras PFT4 y 5 tomadas durante las pruebas de bombeo de lodos 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 la clasificación de los lodos secos mediante tamizado en seco (5300-2), lodos húmedos utilizando tamizado e hidrómetro (PFT) y análisis por láser (L sufex).

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

La resistencia al corte fue generalmente muy baja, desde 1kPa a 6kPa aumentando con la profundidad. Las sondas dinámicas previamente realizadas indicaron que los lodos son "muy suaves" a 5m, que aumentan su resistencia ligeramente a "suaves" a una profundidad de 9m, luego de lo cual aumentan hasta que se vuelven firmes.

El pH de los lodos varió de 10.3 a 11.7, (ave 11.2). Pruebas previas indicaron que los lodos superficiales tienen un pH más bajo, aunque una vez a través de la corteza, el pH tiende a ser más alto. Al realizar las pruebas, los lodos hasta una profundidad de aproximadamente 2.5m se entremezclaron, por lo que no se pudo determinar ninguna estratificación en el pH.

4 RECOMENDACIONES

4.1 MUD PUMPING

Inicialmente, el bombeo fue problemático debido principalmente a que la excavadora tenía poca potencia. Esto fue diagnosticado como un problema de la bomba hidráulica y la excavadora fue reemplazada. El cabezal de corte (que también actúa para proteger la ingesta) tendía a ser ciego con lodo (Foto 5.1) y tampoco proporcionaba suficiente agitación para licuar los lodos. Esto se resolvió en parte agregando “agitadores” (lazos de acero 2 soldados en ambos lados) 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 cortador cegado con barro Foto 5.2: Cabezal cortador con peine agregado

Las tasas de bombeo de lodo variaron de 21 l / sa 52 l / s (332 - 824gpm) y fue claramente visible que mientras más líquidos fueran los lodos, mayor era la tasa de bombeo. Las muestras se tomaron a diferentes tasas de descarga y contenido de humedad y porcentaje de sólidos determinados mediante pruebas de laboratorio. Los resultados se representan en la Figura 5.1 y, aunque dispersos, dan una indicación de los efectos del contenido de sólidos en los caudales. El contenido de humedad natural de los lodos (insitu) en la ubicación de la prueba fue 137%, o 42% de sólidos. Esto se muestra en la Figura 5.1 como una línea vertical. Los lodos de bombeo cercanos al porcentaje de sólidos se lograron, aunque los caudales fueron bajos.

Como se mencionó anteriormente, la excavadora de largo alcance se usó para aflojar los lodos. El agua fue bombeada desde el estanque usando una bomba 3 ”hacia la excavación y el largo alcance 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 podrían bombear lodos más gruesos en 1m a 2m debajo de la superficie. Sin embargo, se encontró que los lodos más profundos solían ser grumosos y esto reduciría o detendría significativamente el flujo que requiere que la bomba se levante en lodos más delgados o que tenga que volver al modo de recirculación o que tenga que volver a cebar completamente. Por lo tanto, la descarga de la bomba era muy inconsistente, ya que la posición de la aspiración de aspiración necesitaba un ajuste constante en un intento por obtener una descarga adecuada pero también bombear los lodos más gruesos posibles.

Blanco-papel-rojo-lodo-bombeo-alto-sólidos-foto-5-3-5-4Foto 5.3: Bomba de lodo en modo de recirculación / cebado Foto 5.4: Descarga de lodos (± 30l / s, ± 37% de 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 30m de manguera flexible, luego de 60m de tubería de HDPE 4 ”que tenía un diámetro interno de aproximadamente 87mm (3.5”). Los lodos se descargaron en la playa de lodo original, que se encuentra en un gradiente de aproximadamente 9%. En la deposición, los lodos fluyeron lentamente por el gradiente. A veces, el flujo se detendría y los lodos se acumularían y luego volverían a fluir en un movimiento ondulatorio. El ángulo natural de reposo sería, por lo tanto, unos pocos grados menos que esto, probablemente 5% a 6%.

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

Aunque los lodos tienen una resistencia al cizallamiento muy baja, y en licuefacción por agitación, los lados de la excavación tuvieron suficiente resistencia para permanecer cerca de 2m cerca de la vertical. Incluso durante la noche, hubo una caída limitada y el banco podría verse afectado por 0.5m con la cabeza 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.

GEOTUBOS 4.2

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 y luego lodos más gruesos a medida que el operador de la bomba percibía mejor las condiciones. El tubo se llenó hasta que estaba firme. El segundo tubo se llenó con lodos más gruesos y el llenado continuó hasta que el tubo estaba tenso. Estos dos tubos se colocaron en la playa con pendiente para formar una pequeña área de embalse en "U" que luego se llenaría con lodos bombeados. A pesar de que el área estaba preparada, el terreno en pendiente hizo que el primer tubo girara unos grados 20. El tubo se apiló y el lado de la pendiente descendió. Se creó una cama más definida para el segundo tubo y se limitó el mismo problema de rotación. Los dos tubos llenos con el lodo acumulado se muestran en Fotos 5.7 y 5.8. Aparte de una pequeña fuga en el contacto entre los dos geotubos, la acumulación de lodos fue exitosa.

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 de llenar Foto 5.11: Geotubo lleno tenso - nota de filtración / sangrado

En los tres casos, hubo muy poca pérdida de lodo o filtración de los tubos. Cuando se paró, un poco de agua roja se exprimiría alrededor del área de presión. Una vez que se haya llenado tensa, toda la bolsa tendría pequeñas gotas de agua roja en el exterior (visible en la foto 5.11), pero la filtración fue en general nominal.

Los tubos han sido monitoreados y la foto más reciente tomada en 10 Octubre 2011 (6 semanas después del llenado) muestra cómo los tubos han reducido su volumen debido a la deshidratación de los lodos contenidos. La pérdida de volumen se estima en alrededor de 30%. Por lo tanto, el contenido de humedad anticipado sería aproximadamente 90% y los sólidos alrededor de 53%.

Blanco-papel-rojo-fango-geotubos-foto-completa-5-12-5-13Photo 5.12: Geotube #3 lleno a capacidad Photo 5.13: Geotube #3after 6 semanas

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

Los lodos bombeados en el estanque de prueba detrás de los geotubos eran de espesor medio a grueso, probablemente del orden de 37 - 40% de sólidos. Después de 6 semanas, el lodo no solo se reafirmó sino que se secó significativamente con grietas superficiales anchas y profundas, como son evidentes en Photo 5.14 y 5.15.

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

6 SIGUIENTES 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. Ser capaz de acceder a la superficie de barro y moverse de manera eficiente y segura. La sugerencia es tener la bomba montada en un pontón que se coloca con una cuerda de alta resistencia (dinema) o un cable de acero. El sistema de bombeo debe ser controlado 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 desploman 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 tendrá que hacer el pontón, la excavadora anfibia también podría mover los lodos hacia la ubicación de la bomba.

7 PROGRAMA

Utilizando la capacidad de la bomba de lodo 4 ", el movimiento del lodo tomaría de 1.5 a 2 años, sin embargo, la bomba tendrá que ser más adecuada para la tarea. Sin embargo, parece razonable un período objetivo del año 1. Sin embargo, antes de esto, el equipo deberá adquirirse e importarse a Jamaica. Las pulgadas 6 y 10 Accesorios de la bomba de dragado de la excavadora también se están considerando como una opción para un GMP más alto y una línea de tiempo de finalización más agresiva. 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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