admin_label="Full Text of PDF" _builder_version="4.17.3" background_size="initial" background_position="top_left" background_repeat="repeat" use_border_color="off" global_colors_info="{}"]

Estanque del Monte Rosser

Proyecto de remediación – Ensayos de bombas de lodo – Hallazgos

 

 

---

HOJA DE CONTROL DE DOCUMENTOS

Cliente	Río Tinto Alcán
Título del proyecto	Rio Tinto Alcan excluyó la remediación de activos
Título del documento	Ensayo de bomba de lodo – Hallazgos
Documento No.	MDE0182RP0038WPR
Este documento comprende	DCS	TOC	Mensaje de texto	Lista de tablas	Lista de figuras	No. de Apéndices
	1	1	16	0	–	–

 

Rev.	Estado	Autor(es)	Revisado por	Aprobado por	Oficina de Origen	Fecha de emisión
D01	Corriente de aire	W Orsmond	C Masson, R Tapp		Muelle Oeste	22 oct ’11
F01	Final	W Orsmond	C Masson	W Orsmond	Muelle Oeste	15 nov ’11

 

1 INTRODUCCIÓN

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

Figura 1.1

El «estanque» es en realidad una presa artificial que cubre un área de aproximadamente 40ha y tiene terraplenes de relleno de rocas de hasta 53 m de altura a lo largo del lado sur que forma el embalse. Inicialmente construido 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 lechada que comprende 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 del estanque (conocidos como presas), se levantaron hasta 7 veces proporcionando una elevación final de la cresta de 472 m. Sin embargo, el estanque nunca se llenó a su capacidad de diseño final y el nivel de la playa de barro se mantuvo en unos 469 m y el área central a unos 458 m, dejando una depresión cóncava que contenía aproximadamente 1,4 mil ^m3 de agua con pH elevado y cierto contenido cáustico.

Foto 1.1: Mt Rosser Pond mirando desde la esquina sureste hacia el noroeste

El plan de remediación para el estanque incluye la eliminación del agua encharcada y luego la recalificación de la superficie de lodo para que sea de drenaje libre para que pueda estabilizarse y vegetarse. Unos 500.000 ^m3 de lodo deberán moverse a una distancia de hasta 1 km para crear el perfil requerido. Debido a la naturaleza muy suave de los lodos superficiales (resistencia al cizallamiento de menos de 3kPa) su capacidad de carga es inferior a 20kPa, por lo tanto, no es accesible incluso con equipos de movimiento de tierras 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 de movimiento de tierras convencionales requeriría extensos caminos de acarreo «flotantes» con un alto riesgo de que la maquinaria se atasque o de que toda la planta se pierda y corra 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 usar esta técnica para realizar el movimiento de lodo a granel. El bombeo de lodo rojo no es inusual y los lodos se bombearon inicialmente hasta Mt Rosser Pond. Sin embargo, los lodos generalmente se bombean a un contenido de sólidos del 30% o menos. Una vez depositados, pueden tardar años en reconsolidarse y reafirmarse lo suficiente como para permitir el acceso a movimientos de tierra ligeros y plantas agrícolas.

 

Además del bombeo de lodo, el ensayo incluyó el relleno de tres geotubos a pequeña escala para evaluar su rendimiento, ya que pueden ser necesarios como parte de los trabajos de reclasificación.

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

1.1 OBJETIVO DEL JUICIO

El objetivo principal de la prueba de la bomba fue determinar si los lodos podían bombearse en su estado insitu, 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 estaba:

• obtener una apreciación de las dificultades en el bombeo en estas condiciones
• comprender el 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 EQUIPOS UTILIZADOS

La prueba de bombeo de lodo se llevó a cabo utilizando una bomba EDDY de 4 «. Esta bomba fue recomendada debido a su capacidad para manejar sólidos variables y mecanismo de operación robusto. La unidad de bomba incorporaba 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 a 3,500 a 4,000 psi (2428MPa). El cabezal de corte fue alimentado por una unidad de potencia hidráulica independiente capaz de proporcionar los 30 gpm requeridos a 200 psi (1.9 l / s a 13.8MPa). Si se monta en una excavadora de 30 toneladas con un sistema hidráulico System 14 y alimentaciones auxiliares duales 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.

FOTO 3.1: Bomba EDDY en el accesorio de la excavadora

Además de la bomba montada en la excavadora, se utilizó una excavadora de largo alcance (CAT 325) para mover los lodos hacia el cabezal del cortador, 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 del cortador. Esta acción ayudaría a agitar y agitar los lodos.

Foto 3.2: CAT 325 Largo alcance (pluma de 60 pies) 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 un poliéster tejido – GT1000M y tenían un punto de llenado superior central. También se proporcionó un conjunto de bolsas pequeñas con un juego de prueba de polímero, pero esto no se probó durante esta ocasión.

Foto 3.2: Geotubo antes del llenado

3 PROPIEDADES DEL MATERIAL

En 2004 se llevó a cabo una investigación geotécnica de suelos en los lodos dentro del estanque del Monte Rosser. Mostró que el material era predominantemente limo arcilloso con aproximadamente 13% de arena, 29% de arcilla y 58% de limo utilizando 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 la descarga. Cerca del lugar de descarga, los materiales del cursor se asentarían primero y los materiales más finos se dispersarían más lejos y en el extremo opuesto del estanque. Los resultados se presentan en la figura 4.1.

Figura 4.1: Análisis de nivelación (método convencional de mecánica de suelos, 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 proporcionaban una evaluación precisa de este material fino. Esto fue particularmente evidente en las pruebas realizadas con tamizado seco que muestra el material como arena bien clasificada (ver resultados para las muestras 5300, 5301, 5302 en la figura 4.2). Cuando se dispersó en agua, incluso con un agente, la reología «pseudoplástico de rendimiento» de los lodos pareció afectar los resultados del hidrómetro con grandes variaciones entre las pruebas (ver resultados de muestras PFT4 y 5 tomadas durante los ensayos de bombeo de lodo en la figura 4.2).

Las pruebas adicionales consistieron en realizar clasificaciones utilizando un analizador de partículas láser. Los resultados indicaron que los lodos son predominantemente limo, aunque el porcentaje de limo varió del 30% al 80% con el material siendo más arenoso o más arcilloso (hasta un 15% de arcilla). Véanse los resultados de las muestras que terminan en «L» en la figura 4.2 a continuación.

Figura 4.2: Análisis de clasificación de lodos secos mediante tamizado seco (5300-2), lodos húmedos mediante tamizado e hidrómetro (PFT) y análisis láser (L suffex).

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

La resistencia al cizallamiento fue generalmente muy baja, oscilando entre 1kPa y 6kPa aumentando con la profundidad. Las sondas dinámicas realizadas anteriormente indicaron que los lodos son «muy blandos» a 5 m, aumentando su fuerza ligeramente a «suave» a una profundidad de 9 m, después de lo cual aumentan a firmes volviéndose rígidos.

El pH de los lodos varió de 10.3 a 11.7, (ave 11.2). Pruebas anteriores indicaron que los lodos superficiales tienen el pH más bajo, aunque una vez a través de la corteza, el pH tiende a ser más alto. Al hacer los ensayos, los lodos hasta una profundidad de aproximadamente 2,5 m se mezclaron, por lo que no se pudo determinar ninguna estratificación en el pH.

4 CONCLUSIONES

4.1 BOMBEO DE LODO

Inicialmente, el bombeo era problemático principalmente debido 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 admisión) tendía a cegarse con barro (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.

Foto 5.1: Cabezal de corte cegado con barro Foto 5.2: Cabezal de corte con peine agregado

Las tasas de bombeo de lodo variaron de 21 l/s a 52 l/s (332 – 824gpm) y era claramente visible que cuanto más líquidos eran 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 por pruebas de laboratorio. Los resultados se trazan 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 el lugar de prueba fue del 137%, o 42% de sólidos. Esto se muestra en la Figura 5.1 como una línea vertical. Se logró bombear lodos cerca del porcentaje de sólidos, aunque los caudales fueron bajos.

Como se mencionó anteriormente, la excavadora de largo alcance se utilizó para aflojar los lodos. El agua se bombeaba desde el estanque usando una bomba de 3 «en la excavación y el largo alcance 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 cebados se podían bombear lodos más gruesos a 1 m a 2 m por debajo de la superficie. Sin embargo, se encontró que los lodos más profundos tendían a 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 recirccirc o tener que volver a cebar completamente. Por lo tanto, la descarga de la bomba era muy inconsistente, ya que la posición de admisión de succión necesitaba constantemente un ajuste en un intento de obtener una descarga adecuada, pero también bombear los lodos más gruesos posibles.

Foto 5.3: Bomba de lodo en modo de recirc/ cebado Foto 5.4: Descarga de lodos (±30l/s, ±37% sólidos)

Figura 5.1: Gráfico de caudal a varios contenidos de sólidos

La descarga de los lodos bombeados fue 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 barro original, que se encuentra a un gradiente de aproximadamente el 9%. En la deposición, los lodos fluyeron lentamente por el gradiente. A veces, el flujo se detenía y los lodos se acumulaban y luego fluían nuevamente en un movimiento de onda. Por lo tanto, el ángulo natural de reposo sería unos pocos grados menor que esto, probablemente del 5% al 6%.

Foto 5.5: Punto de descarga de lodo Foto 5.6: Lodos que se descargan

Aunque los lodos tienen una resistencia al cizallamiento muy baja, y en la agitación se licuan, los lados de la excavación tenían suficiente resistencia para pararse a unos 2 m cerca de la vertical. Incluso de la noche a la mañana, hubo una caída limitada y el banco podría verse socavado en aproximadamente 0,5 m con el cabezal de corte / agitador antes de colapsar.

Al finalizar el bombeo, para enjuagar la tubería, se bombearon lodos acuosos delgados hasta que la línea estaba despejada. Luego se utilizó un sistema de válvula «T» para conectar la línea de bomba de agua de 3 «y esto se usó para enjuagar la tubería con agua.

4.2 GEOTUBOS

Tres geotubos (1m x 6m) se llenaron con lodos rojos bombeados usando la bomba Eddy de 4″. Las tasas de llenado fueron de aproximadamente 30 a 40 l / s, aunque fue difícil de evaluar ya que el flujo y la consistencia del lodo no eran visibles.

El tubo 1 se llenó inicialmente con más barro que moqueaba y luego con lodos más gruesos a medida que el operador de la bomba tenía una mejor idea de 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 se tensó. Estos dos tubos se colocaron en la playa inclinada para formar una pequeña área 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 fue apostado y el lado de la pendiente hacia abajo se llenó. Se creó una cama más definida para el segundo tubo y se limitó el mismo problema de rotación. Los dos tubos llenos con el barro encharcado 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.

Foto 5.7: Dos geotubos que forman el bund del estanque de prueba Foto 5.8: Los lodos después del bombeo son líquidos

El tercer tubo se colocó en un terreno nivelado. Se llenó con lodos de humedad media (pero de espesor constante) y se llenó hasta que el tubo se tensó.

Foto 5.10: Geotubo antes de llenar Foto 5.11: Geotubo lleno tensa – nota filtración / sangrado

En los tres casos, hubo muy poca pérdida de lodo o filtración de los tubos. Cuando estaba de pie, un poco de agua roja se exprimía alrededor del área de presión. Una vez llena, toda la bolsa tendría pequeñas gotas de agua rojas en el exterior (visibles en la foto 5.11), pero la filtración era 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 en volumen debido a la deshidratación de los lodos contenidos. La pérdida de volumen se estima en alrededor del 30%. Por lo tanto, el contenido de humedad previsto sería de aproximadamente el 90% y los sólidos de alrededor del 53%.

Foto 5.12: Geotubo # 3 lleno a capacidad Foto 5.13: Geotubo #3after 6 semanas

Foto 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 ha reafirmado, sino que se ha secado significativamente con grietas superficiales anchas y profundas, como es evidente en la Foto 5.14 y 5.15.

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

6 PRÓXIMOS PASOS

El juicio ha demostrado que:

1. Los lodos se pueden bombear, aunque es necesario agregar agua para lograr volúmenes de descarga «normales».
2. Los lodos se pueden bombear cerca de su contenido de humedad insitu y muy probablemente a su contenido de humedad in situ si se agitaron 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 imprima.
4. El acceso en la superficie de lodo es problemático y será muy difícil en el lodo bombeado.

Por lo tanto, si el bombeo se va a utilizar como el método principal para mover los lodos para recalificar el estanque, entonces la configuración 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 (dynema) o cable de acero. El sistema de bombeo debe controlarse de forma remota, ya que esto limitaría el movimiento regular del personal en los lodos.
2. Tener un sistema de cebado que no requiera agua encharcada en la superficie.
3. Ser capaz de agitar los lodos alrededor del cabezal de succión para licuarlos por completo.
4. Tener suficiente potencia y capacidad de volumen para bombear los lodos cerca o con contenido de humedad in situ y descargarlos a unos 1000 m a través de una tubería flexible.

También fue evidente a partir de los ensayos 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 el pontón tendrá que hacer, la excavadora anfibia también podría mover lodos hacia la ubicación de la bomba.

7 PROGRAMA

Usando la capacidad de la bomba de lodo de 4 «, el movimiento de lodo tomaría alrededor de 1.5 a 2 años, sin embargo, la bomba deberá ser más adecuada para la tarea. Sin embargo, un período objetivo de 1 año parece razonable. Sin embargo, antes de esto, el equipo deberá adquirirse e importarse a Jamaica. Los accesorios de la bomba de dragado de excavadora de 6 y 10 pulgadas también se están considerando como una opción para un GMP más alto y un cronograma de finalización más agresivo. Un programa preliminar es el siguiente:

Dic 2011 – Marzo 2012 : Adquisición de bomba y excavadora anfibia. Fabrica pontones en Jamaica
Abril 2012 – Mayo 2012 : Planta de importación y establecimiento in situ
Junio 2012 – Junio 2013 : Bombeo de lodo y movimientos de tierras a granel
Julio 2013 – Julio 2014 : estabilización superficial y puesta en marcha de la vegetación.[/et_pb_text]