RIEGO EN PILAS DE LIXIVIACIÓN

MEMORIA DESCRIPTIVA CAMPO DE APLICACIÓN

La presente invención se relaciona con la industria de la minería, y con el riego eficiente de pilas de lixiviación. En particular, la presente invención consiste en un sistema y método de monitoreo y control sobre distribución de riego en pilas de lixiviación.

ANTECEDENTES

Las pilas de lixiviación en faenas mineras están diseñadas para permitir el flujo de soluciones acuosas a través del cuerpo mineral, interactuando con el mineral y pudiendo ser interceptado como una solución rica en la base de la pila. Sin embargo, en el estado actual de la técnica, la eficiencia en la distribución del riego del solvente acuoso no es óptima, lo cual provoca que existan cantidades considerables de mineral que no están siendo regados.

Las zonas secas de una pila de lixiviación no contribuyen a la recuperación del mineral, por lo tanto el área no regada es una pérdida de eficiencia de la pila. Por otro lado, una zona con exceso de humedad o saturada, si bien permite el riego del mineral, luego de que el exceso de solución ácida se consume y evapora, la superficie cubierta por la poza resulta sellada y no absorbe más solución, deteniendo el proceso de disolución en dicha zona.

Así, aumentar la recuperación y productividad en la pila de lixiviación es una meta de vital importancia para la faena minera. Sin embargo, una limitante importante es la variabilidad en el proceso de riego, que depende de varios parámetros, entre los que se encuentran:

• Tamaño del área sin regar, y • Tamaño del área de apozamientos o zona saturada,

• Volumen de riego según el material,

• Temperatura de riego,

• Fallas en sistemas de irrigación. Actualmente, las labores de monitoreo y control sobre pilas de lixiviación se realizan a través de inspectores humanos, debido a que algunos de estos parámetros pueden ser evaluados mediante la observación directa de la superficie de las pilas de lixiviación. Sin embargo, en estos casos se identifican diferentes inconvenientes de valor: · Se mide parcialmente la superficie de la pila de lixiviación.

• Existe un riesgo a la seguridad física de las personas que deben permanecer un tiempo prolongado sobre las pilas, en un ambiente ácido.

• Existe una demora considerable en la detección y cuantificación de las fallas.

De esta manera, la influencia que tiene la distribución del solvente acuoso corresponde a uno de los puntos clave para una buena recuperación de mineral. Por este motivo, es importante poseer un sistema de monitorización continuo sobre la pila, que asista en la toma de decisiones y contribuya en la optimización del uso de recursos.

Un ejemplo de sistemas de monitoreo sobre pilas de lixiviación se describe en el documento "Manejo de Pilas de Lixiviación de Oro en Minera Yanacocha S.R.L.", el cual describe la implementación de un estudio geofísico en la superficie de una pila de lixiviación. Para dicho estudio se instalan electrodos a lo largo del área a estudiar, se aplica luego una corriente eléctrica que ingresa al terreno y es detectada por un sensor que, a través de un software, lo convierte en un mapa de dos o tres dimensiones con coloraciones que van desde el púrpura al rojo. El púrpura corresponde al área donde se ha detectado un mayor paso de corriente y en consecuencia posee una mayor humedad, mientras que el rojo indica que se ha detectado una baja conductividad y en consecuencia hay una baja humedad. De esta manera, a partir del mencionado estudio geofísico se pueden identificar zonas con riegos deficientes, y se pueden planificar así medidas para mejorar el riego en pilas de lixiviación.

Otra forma de monitoreo de mineral se describe en el documento "Use of infrared thermography for the evaluation of heat losses during coal storage", el cual expone un método para determinar el coeficiente de pérdidas totales en forma de calor durante el almacenamiento de carbón, debido a autocombustión espontánea del mismo. En dicho documento se revela el uso de termografía infrarroja para la medición de temperatura y del comportamiento de autocombustión en pilas de carbón, a través de cámaras termográficas infrarrojas.

De esta manera, si bien se encuentran en el estado de la técnica metodologías que permiten medir zonas de riego ineficiente en pilas de lixiviación, ninguna de las metodologías actuales provee un sistema que permita tomar acciones instantáneas para mejorar el riego en las zonas deficientes, a través de sistemas de monitoreo en tiempo real, y un control directo sobre el sistema de riego de modo de mejorar la homogeneidad del mismo.

En consecuencia, se puede apreciar que existe en el estado de la técnica la necesidad de contar con un sistema y método de monitoreo y control sobre pilas de lixiviación, que permita identificar zonas críticas ya sea con riegos deficientes o bien zonas saturadas, de forma de controlar el sistema de riego para mejorar la homogeneidad del mismo.

Para subsanar los problemas planteados se presenta un sistema y un método de monitoreo y control, que permite identificar y controlar fallas en el riego de pilas de lixiviación, tales como: apozamientos o zonas saturadas, zonas secas, filtraciones y falta de homogeneidad en el riego de las pilas de lixiviación. Dicho sistema comprende un sistema sistema de visión termográfica y un sistema de visión en el espectro visible, los cuales son controlados por un sistema de orientación; en donde dichos sistemas de visión termográfica y en espectro visible envían información a un sistema de procesamiento, el cual recibe y procesa dicha información para luego ser desplegada en una interfaz de usuario. El sistema de monitoreo y control comprende adicionalmente un sistema meteorológico que mide en tiempo real variables meteorológicas y las envía al sistema de procesamiento, para que dichas variables sean consideradas en el procesamiento de la información; y comprende además un sistema de limpieza. De esta manera, el sistema permite determinar, en tiempo real y de manera automática, la calidad y distribución del riego de al menos una pila de lixiviación, subdividiéndola a través de módulos, y generando un mapa con la calidad del riego para todos los módulos de lixiviación. El sistema permite:

• Medir día y noche la calidad y la distribución adecuada del riego de las pilas para cada uno de los módulos de lixiviación, a través de la medición de humedad del terreno estimada por el cambio de sus características cromáticas y de temperatura.

• Generar un mapa con la calidad del riego para todos los módulos de lixiviación. · Establecer un sistema de alarmas automático que notifica condiciones críticas como por ejemplo: rotura de mangueras en los módulos de lixiviación, cantidad excesiva o insuficiente de solución de regado en la superficie.

• Establecer históricos de tendencias de calidad de riego para las pilas. · Influir indirectamente en la disminución de la cantidad de derrumbes, minimizar las pérdidas de solución y reducir los accidentes en las personas a cargo de operar la pila.

• Manipular actuadores que permiten controlar automáticamente la distribución de riego en zonas críticas. Además, el método predictivo evalúa la capacidad del proceso de lixiviación y sus umbrales o límites de control, estableciendo la escala de medición para cada una de las variables o deficiencias identificadas. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La figura 1 muestra un esquema del sistema de monitoreo y control y cada uno de sus componentes.

La figura 2 muestra una vista en planta del sistema de monitoreo y control de la figura 1 .

La figura 3 muestra una unidad de los sistemas de visión termográfica y de espectro visible.

La figura 4 muestra el patrón de campo de visión capturado por el sistema de visión termográfica. La figura 5 muestra el patrón de campo de visión capturado por el sistema de visión de espectro visible.

La figura 6 muestra un esquema de ejemplificación de una imagen termográfica para las horas de temperatura extrema.

La figura 7 muestra un esquema de una ejemplificación de una imagen en el espectro visible.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Tal como se indicó anteriormente, y según se puede apreciar en las figuras que se acompañan, la presente invención consiste en un sistema de monitoreo y control (100) de fallas en el riego en pilas de lixiviación, tales como: apozamientos (zona saturada), zonas secas, filtraciones y falta de homogeneidad en al menos una pila de lixiviación. Dicho sistema comprende: un sistema de visión termográfica (110) y un sistema de visión de espectro visible (120) que capturan imágenes sobre zonas de las pilas de lixiviación; un sistema de orientación (130) que dirige selectivamente el objetivo de captura de los sistemas de visión termográficas y de espectro visible; un sistema de procesamiento (150) que interactúa con los sistemas de visión termográficas y de espectro visible, procesando información, identificando, cuantificando y clasificando a partir de las imágenes capturadas, las superficies según niveles de humedad en: zonas secas, zonas húmedas y zonas saturadas; y una interfaz de usuario (200) que despliega la información procesada por el sistema de procesamiento y permite al usuario controlar variables de los sistemas de visión termográficas y de espectro visible, y del sistema de orientación, permitiendo así el control del proceso de riego en pilas de lixiviación.

Como se puede apreciar en las figuras 2 y 3, los sistemas de visión termográficas y de espectro visible comprenden una pluralidad de cámaras (115), instaladas estratégicamente en torres (170) alrededor de la pila de lixiviación.

El sistema de visión termográfica (110) permite medir en tiempo real la temperatura de la superficie de la pila de lixiviación. Preferentemente, dicho sistema de visión termográfica está compuesto por una pluralidad de cámaras sensibles a la radiación infrarroja (entre 8 y 25 [μηη]) conocida como LWIR (Long Wave InfraRed).

El sistema de visión de espectro visible (120) opera en el rango visible y permite la detección de zonas saturadas, debido a que es capaz de detectar texturas. Preferentemente, dicho sistema de visión de espectro visible comprende una pluralidad de cámaras de tecnología EMCCD (Electron Multiplying Charge Coupled Device), las cuales operan en un rango de alrededor de 400 a 700 [nm], son de alta sensibilidad y pueden tomar una imagen con escasa iluminación (0,0005 [lux]). Así, las cámaras EMCCD presentan las siguientes ventajas: La interfaz de usuario (200) de la invención, permite informar, observar y supervisar las fallas de riego.

Además, el sistema de orientación (130) opera a través de servo- accionamientos que permiten dirigir con alta precisión el objetivo de la captura de las cámaras a la zona de la pila a monitorizar. Este sistema puede ser comandado en forma manual (a través de un operario) o bien en forma automática (realizando por ejemplo una trayectoria preestablecida).

Una aplicación preferida de la invención, considera un sistema meteorológico (140) que mide variables meteorológicas en la proximidad de la pila de lixiviación, e interactúa con el sistema de procesamiento para complementar la información proveniente de los sistemas de visión termográfica (110) y de espectro visible (120). El sistema meteorológico (140) consiste en sensores instalados en al menos una torre (170) a similar altura de la superficie de la pila, los cuales miden variables meteorológicas de importancia para los modelos físico-matemáticos, entre las cuales se encuentran: la temperatura del suelo, temperatura del aire, velocidad del viento, dirección del viento, radiación solar, y la humedad relativa.

En una configuración preferida, la presente invención comprende adicionalmente un sistema de limpieza (160), cuya función es maximizar la disponibilidad de los sistemas de visión termográfica (110) y de espectro visible, el cual comprende equipos para limpiar automáticamente el polvo de los vidrios de las carcasas de cámaras. Este considera una estación de bombeo de agua y dos plumillas industriales que limpian los vidrios de cada carcasa de cámara. Dicho sistema de limpieza (160) es operado directamente por el usuario a través de la interfaz de usuario (200). La estación de bombeo se dispone en la base de cada torre (170). Así, preferentemente la estación de bombeo comprende un estanque con capacidad de 40 litros de agua, lo cual permite limpiar cada cámara durante aproximadamente 6 a 8 semanas sin la necesidad de reponer el nivel de agua.

Adicionalmente, los sistemas de visión termográfica (110) y de espectro visible (120) comprenden un sistema de alimentación y control, que consiste en un tablero con todos los sistemas de alimentación eléctrica, de control y de comunicación de los distintos componentes del sistema, y el cual se ubica en una sala eléctrica (300) y en la torre (170).

El sistema de procesamiento permite realizar un registro continuo en bases de datos de las mediciones realizadas por el sistema meteorológico (140), de visión termográfica (110) y visión de espectro visible (120). Por otro lado, el sistema de procesamiento comprende procesadores que reciben las imágenes de las cámaras a través de un sistema de comunicación de datos. Dichos procesadores permiten realizar las siguientes operaciones:

• Determinar la calidad y distribución del riego a través de la evolución temporal de las características y de temperatura de las superficies regadas, subdividiéndo la pila de lixiviación en módulos o en otra superficie de interés.

• Generar una base de datos con toda la información capturada y procesada, la que permite ser desplegada por la interfaz de usuario (200) del sistema.

• Manejar las cámaras, ya sea de forma manual o automática de forma remota, permitiendo al operador dirigir la cámara a las zonas críticas y revisar con mayor rigurosidad cada zona.

• Controlar actuadores que permiten manipular in situ el riego sobre las zonas críticas.

Así, tal como se mencionó, el sistema de comunicación de datos permite enviar los datos capturados por las cámaras al sistema de procesamiento, y controlar los sistemas desde una estación de operación donde se encuentra la interfaz de usuario (200). Preferentemente dicho sistema de comunicación comprende un sistema inalámbrico o de fibra óptica.

De esta manera, el sistema de procesamiento permite desplegar en la interfaz de usuario (200) los datos obtenidos, desplegando un mapa con la distribución y calidad del riego por módulo de lixiviación. Preferentemente, la calidad del riego se muestra a través de niveles de severidad diferenciados por colores. El operador puede seleccionar a través de la interfaz de usuario (200) un módulo de lixiviación específico y ver en detalle la calidad del riego en dicho módulo. Además, todos los datos de temperatura, radiación y velocidad de viento son incorporados al procesamiento para dar información relevante a los usuarios.

Dentro de la información obtenida por el sistema, se cuenta con: • Temperatura, humedad, porcentaje de superficie de apozamiento (zona saturada), porcentaje de superficie de zona seca, presentado por pila y módulo.

• Gráficos históricos de datos y estadísticas de mediciones.

• Estadísticas de datos por horas y fechas. Con respecto a la medición termográfica, el sistema de visión termográfica

(110) mide la temperatura en la superficie de la pila de lixiviación para los distintos módulos, mientras que el sistema de procesamiento elabora un mapa de temperatura para los distintos módulos de la superficie de la pila con el cual se puede diferenciar áreas dependiendo del grado de humedad que presenten. La medición del sistema de visión termográfica (110) depende de la altura de la torre (170), de la distancia al punto más lejano de la pila y el campo visual del lente.

En la figura 4 se muestran los patrones del campo de visión capturado por la cámara termográfica. Se puede observar que el campo visual se distorsiona por la geometría, con una mayor distorsión a mayor distancia. La distorsión mostrada en la figura 4 es corregida por el sistema de procesamiento y finalmente se obtiene un mapa sin distorsión de la temperatura de la superficie de la pila de lixiviación observada por el sistema.

Similarmente, con respecto a la medición en el espectro visible, dicha medición corresponde a la captura de imágenes en el espectro visible, en donde preferentemente la resolución para una torre de observación es cercana a los 76mm a una distancia máxima de 400 metros de la base de dicha torre. Así, el sistema considera los siguientes instrumentos:

1 . Cámaras con tecnología EMCCD, el cual que permite capturar imágenes con escasa iluminación (0.0005 [lux]).

2. Lente con zoom motorizado de 15 a 500 [mm], el cual permite llevar a cabo el zoom que asegura la resolución antes descrita. En la figura 5 se muestran los patrones del campo de visión capturado por el sistema de visión de espectro visible (120) con el lente configurado a 500 [mm]. Se puede observar que el campo visual se distorsiona por la geometría, al igual que en el caso de la cámara termográfica, pero al poseer un menor campo de visión se puede obtener una alta resolución en todos los puntos observados. La distorsión mostrada en la figura anterior es corregida por el sistema de información y procesamiento y finalmente se obtiene un mapa sin distorsión de la textura superficial de la Pila de Lixiviación observada por el sistema.

La presente invención comprende adicionalmente un método predictivo para luar cuantitativamente las fallas del riego de al menos una pila de lixiviación, el I comprende las etapas de:

a) Disponer de un sistema de visión termográfica (110) y un sistema de visión de espectro visible (120), que observa una pluralidad de módulos o áreas variables de las pilas de lixiviación para la captura de imágenes, a través de los siguientes pasos:

o capturar imágenes termográficas y en espectro visible del módulo;

o cuantificar el porcentaje de la superficie de zonas secas y zonas regadas a partir de distribuciones de temperatura en la superficie del módulo;

o cuantificar el porcentaje de la superficie de zonas saturadas a partir de texturas en las imágenes de espectro visible;

b) ordenar los módulos según su porcentaje de superficie para cada nivel de humedad;

c) seleccionar módulos que se encuentren fuera de límites de control predeterminados;

d) evaluar eficiencia de riego en cada módulo y en la pila de lixiviación;

e) desplegar información en forma periódica del estado de irrigación de los módulos fuera de los límites de control, lo cual se muestra en una interfaz de usuario (200), generando un mapa de estado de riego de la pila; y a) aplicar medidas de control sobre módulos bajo los límites de control. En una configuración preferida de la invención, la identificación de zonas secas, zonas regadas y zonas saturadas se realiza complementando la captura de imágenes con información meteorológica obtenida del entorno de la pila de lixiviación, de modo de corregir la información obtenida de las imágenes termográficas y en espectro visible.

La cuantificación de zonas secas y zonas regadas a partir de mediciones de temperatura en la superficie de cada módulo se realiza a través de estimaciones de la varianza temporal para cada punto de medición, en donde cada valor se clasifica en función de un valor umbral.

De esta manera, tal como se muestra en la figura 6, se puede considerar por ejemplo una imagen termográfica de una porción de una pila de lixiviación (un módulo de tamaño 255 x 35 [m]) para dos horas distintas, (4 PM y 4 AM, horas que presentan las temperaturas ambientales más extremas). Se pueden observar claramente de los datos tomados dos distribuciones de temperatura, la primera centrada en la temperatura de la solución (18°C) que agrupa toda la zona regada y otra que varía su temperatura central entre los 10°C y 36°C que corresponde a la zona seca.

Las zonas secas presentan una inercia térmica notoriamente menor, y por lo tanto, el área seca estaría compuesta por todos aquellos puntos cuya variación de temperatura diaria sea mayor. Los pasos son los siguientes:

• Registro de la medición de temperatura para todos los puntos de la zona bajo observación de la Pila de Lixiviación durante unas 24 horas a intervalos regulares. La medición se denota como x¡ _j (t). Donde (i,j) denotan la posición espacial y t el instante en el cual se realiza la medición. · Cálculo de la varianza temporal a ² i _j de la medición de temperatura a través de las ecuaciones:

• Aplicación de una clasificación mediante umbral ^¾ o Si ÍJ > μ punto (i,j) pertenece a la superficie sin irrigación S _seca .

o Si Gij < μ punto (i,j) no pertenece a la superficie sin irrigación S _húmeda -

De forma similar, la cuantificación de la superficie de zonas saturadas a partir de texturas en imágenes de espectro visible se realiza a través del sistema de visión de espectro visible (120), a partir de la clasificación de cada punto de medición según la textura visible del punto, de tal manera que cada punto medido es comparado con un valor umbral y clasificado en referencia a este último.

La figura 7 muestra una ejemplificación de una imagen capturada para una porción de la Pila de Lixiviación que presenta una poza. Esta imagen esquemática muestra que el área de una poza se diferencia debido a que presenta un valor Vy (referido a la textura en la imagen del punto de medición) notoriamente inferior al resto de la imagen, por lo tanto aplicando un método de umbrales, es posible cuantificar el área de dicha poza denominada S _pom como:

· Aplicación de una clasificación mediante umbral β:

o Si Vy < β punto (i,j) pertenece a la superficie de la poza S _pom . o Si Vy > ? punto (ij) no pertenece a la superficie de la poza.

Adicionalmente, y tal como se mencionó previamente, tras la captura de imágenes termográficas y en espectro visible los datos obtenidos son corregidos con el objeto de subsanar la distorsión provocada por la posición de las cámaras de los sistemas de visión.

La evaluación de la eficiencia de cada módulo se basa en el hecho conocido que el regar una superficie más amplia aumenta el porcentaje de recuperación de mineral. Por lo tanto, para cuantificar la eficiencia se utiliza el siguiente indicador:

Φ Φ donde o Ef es la eficiencia de la pila. o Segada es la superficie regada de la pila igual a la superficie expuesta menos la superficie seca. o Stotai es la superficie expuesta de la pila. o S _seca es la superficie seca de la pila. o Φ es el flujo de agente lixiviante.

Con esta definición de eficiencia, el sistema de monitorización aplica dos parámetros para aumentar la eficiencia de la pila: el aumento de la superficie regada y el mejoramiento de la distribución del agente lixiviante.

La aplicación de medidas de control consiste preferentemente en la manipulación de un sistema de actuadores que controla automáticamente el riego en las zonas críticas y un sistema de alarma de pozas.

Por otro lado, el sistema de monitoreo de pilas de lixiviación requiere estar elevado por sobre la superficie de la pila para tener una mejor vista a los puntos más lejanos. La siguiente tabla muestra la distorsión causada por el ángulo de visión de las cámaras considerando torres de 60 y 40 metros de altura, para una pila de 7.5 metros de altura.

De esta manera, para estas configuraciones particulares, considerando solo la distorsión causada por el ángulo de visión, el rango máximo de una torre de 40 metros es de 310 metros en vez de 400 metros, con lo que el rango total se reduce en casi 100 metros con una torre de 40 metros. Además, tomando en cuenta una pila de lixiviación de 600 metros de largo por 250 metros de ancho, se tiene que una torre de 40 metros puede analizar hasta 10 módulos, mientras que una torre de 60 metros puede analizar hasta 18 módulos. Por lo tanto, para analizar la totalidad de las pilas de óxidos se requieren, al menos 6 torres de 40 metros, o en forma alternativa, 4 torres de 60 metros.