130 Años de Historia en la Minería Metálica a Cielo Abierto

CIENTO TREINTA AÑOS DE HISTORIA EN LA MINERÍA METÁLICA A CIELO ABIERTO

Emilio LÓPEZ-JIMENO CARRASCO

Grupo de Proyectos de Ingeniería

E.T.S.I. Minas y Energía - Universidad Politécnica de Madrid Ríos Rosas, 21 28003 MADRID

Teléf.: 91 0676538

e-mail: proyectos.minasyenergia@upm.es Web: www.ingeominas.es

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Manual de Evaluación de Yacimientos Minerales.

Manual de Geología y Prospección de Yacimientos Minerales.

Manual de Aplicaciones Informáticas en Minería.

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Manual de Geosintéticos en la Construcción de Muros y Terraplenes.

Manual de Diseño y Construcción de Vertederos de Residuos Sólidos Urbanos.

Manual de Anclajes en Ingeniería Civil.

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Manual de Yacimientos Minerales.

Manual de Minerales Críticos y Estratégicos.

Ingeoter. Libros 1 al 14.

Ingeotúneles. Libros 1 al 26.

Recursos Minerales.

Energía Geotérmica.

Manual de Minería a Cielo Abierto.

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. HISTORIA DE LA MINERIA DEL HIERRO Y DEL COBRE.

Y SITUACIÓN MUNDIAL

Dentro de la minería metálica, la del hierro y el cobre son las más importantes; aumentando su peso relativo, como puede verse en la siguiente tabla: Tabla1.1.Evolucióndelpesodelamineríadelhierroydelcobre.

AÑO

Mineral

Mineral

Las previsiones indican que la demanda de cobre aumentará un 50% en la próxima década, impulsada por el desarrollo de las energías renovables y el coche eléctrico, habiéndose alcanzado en 2021 un precio histórico en el mercado de Londres (LME).

España fue durante el siglo XIX una potencia minera, liderando la producción mundial de plomo y desarrollando las primeras grandes explotaciones de minerales de hierro, en Vizcaya primero y, posteriormente en otras provincias, Santander, Lugo, Teruel, Granada, etc. y de mineral de cobre en Huelva, en Riotinto y Tharsis.

A partir de 1856, con la aparición en Inglaterra del convertidor Bessemer, se produjo una gran demanda de minerales de hierro bajos en fosforo. Esta demanda de mineral se acentuó a nivel mundial, a partir de 1881 con la aparición del convertidor SiemensMartin básico que admitía arrabios producidos con minerales fosforosos y se permitía la adición de chatarra.

Este desarrollo tecnológico europeo significó el liderazgo en la producción de acero y, por tanto, de mineral de hierro hasta la primera guerra mundial, cediendo después de la misma ese puesto a Estados Unidos, como consecuencia de la recesión que se produjo en Europa.

Figura1.1.Evoluciónmundialdelconsumodemineraldehierroentre1900y1920. (Fuente:Autor).

La producción de acero con el procedimiento Bessemer, precisaba menas exentas de fósforo, pero los yacimientos ingleses de Cumberland y Lancashire daban signos de agotamiento, motivando un aumento de precios e incertidumbres sobre la producción hacia 1870. Este problema se extendía a otros países europeos que utilizaban esa tecnología.

Las grandes empresas siderúrgicas europeas: Brown, Fowler, Bolckow, Vaughan, Consett, Dowlais, Krupp, Cockerial, Denain et Anzin y Montataire, se agruparon para adquirir en España, derechos sobre los yacimientos de mineral sin fósforo, porque tenían los recursos económicos necesarios, repartiéndose mediante cupos de mineral en proporción a su participación en el capital de las empresas constituidas. El mineral suministrado tenía precios inferiores a los del mercado.

Las empresas siderúrgicas más pequeñas, fundamentalmente inglesas, acudieron al mercado.

Vizcaya que lideraba desde el siglo XVII la producción española de mineral de hierro española, utilizado éste en las ferrerías (forjas), y disponía de mineral muy bajo en fósforo, fue la primera zona en la creación de estas empresas mineras:



Bilbao Iron Ore en 1871, constituida por las siderurgias John Brown y Willian Fowler, consiguieron la Concesión de Ochandiano de una superficie de 127 ha, a cambio del 1% del capital.





LuchanaMining en 1872, por la siderurgia inglesa más importante Bolckow, Vaughan.

Orconera Iron Ore se fundó en Londres en 1873 por los siguientes socios: Krupp: 28,7%, Dowlais Co: 28,7 %, Consett Co: 28,5 %, Ibarra Hnos y Cosme Zubiría: 14,1%.

Figura1.7.ProducciónmineralCAM.(Fuente:CarlosMenéndez).

La zona contenía numerosos vestigios de explotaciones mineras romanas y prerromanas, con una gran abundancia de restos, sobre todo de escorias en superficie, pozos y galerías, así como restos arqueológicos en forma de núcleos habitacionales y cementerios.

Figura1.8.FajaPiríticaydisposicióndelasprincipalesexplotaciones.

En 1853 el ingeniero francés Ernesto Deligny, solicitó y obtuvo diversas Concesiones, comenzando la explotación en 1855, por parte de la CompagniedesMinesdeCuivre de Huelva, en el yacimiento de Alosno, extrayendo en 11 años unas 900.000 t. Ese año arrendó a la empresa con sede en Glasgow, TheTharsisSulphur&Copper , por un periodo de 98 años a cambio de un canon anual, absorbiendo la compañía inglesa a la francesa en 1878.

ABIERTO

Entre 1856 y 1880 se extrajeron 5,21 Mt, entre 1880 y 1960, 11,77 Mt, y entre 1961 y 1978, 8,5 Mt, con un total de 25,48 Mt.

Desde 1978 fueron explotadas por la CompañíaEspañoladeMinasdeTharsisS.A.,con una producción hasta 1988 de 6 Mt.

Foto1.6.CompañíaEspañoladeMinasdeTharsis.ExcavadoraLiehberr974yvolqueteTerex33-05 Años80.(Fuente:AquilinoDomínguez).

Las minas de Riotinto habían sido explotadas en la antigüedad por tartesos y romanos y disponían de unos 10,5 Mt de escorias, procedentes de la recuperación de oro, plata y cobre, además un sinnúmero de pozos, galerías y cámaras de explotación.

En 1873 fue fundada en Londres la compañía Riotinto Co. Ltd. , por un consorcio de banqueros y empresarios ingleses y alemanes que a continuación se hizo con la propiedad que pertenecía a la Hacienda española y que la venía explotando con una gran precariedad de medios, y dicho yacimiento lo explotaron hasta 1954.

Foto1.7.RTCL.ExcavadoraBucyrus70Byferrocarrilenlosaños30.(Fuente:AFRT).

PERFORACIÓN

1. INTRODUCCIÓN

La minería metálica se empezó a desarrollar como una verdadera industria extractiva a partir de 1820, con la minería de plomo, con la plata como mineral accesorio o subproducto, convirtiéndose España en el primer productor mundial. Los principales yacimientos fueron los de la Sierra de Almagrera y Sierra Morena.

Los sistemas de perforación utilizados en la minería metálica, en orden a su aparición, son:







Perforación a percusión.

Perforación a rotopercusión.

Perforación rotativa.

Las características principales de cada uno de estos sistemas se describen a continuación.

2. PERFORACIÓN A PERCUSIÓN

El arranque del mineral se realizaba mediante el uso de la pólvora de mina. La perforación se efectuaba con el auxilio de las barras de viento; que consistían en unas barras de acero pesadas, de 25 a 38 mm de diámetro y de 3 a 6 m de longitud, con su extremo en forma de bisel. Los trabajos de perforación se realizaban levantando la barra y dejándola caer, girando ligeramente la misma en cada golpe. Con este sistema se podían perforar barrenos de hasta 7 m de longitud, aunque la media de profundidad era de unos 5 metros.

Se realizaban barrenos verticales en rocas de dureza media. En las rocas más duras el método más empleado fue la barrena y la maza. Igual que en el caso anterior en cada

CIELO ABIERTO

golpe de maza se realizaba un pequeño giro de la barrena y se procedía a la limpieza del detritus empleando una cuchara, cada cuatro o seis golpes.

Foto2.1.PerforaciónconmazaybarrenaybarraenlaSociedadMineraSetolazar(1915).

Cuando la perforación se realizaba por una sola persona la longitud de perforación no solía ser mayor de 1 a 1,2 m, mientras que con dos o tres se podía llegar hasta 2,5-3 m. El diámetro de perforación comenzaba con 35-40 mm y terminaba con 25-30 mm.

Foto2.2.PerforaciónconmazaybarrenaenMinasdelRif,en1925.(Fuente:JuanDíezSánchez).

En la perforación con una persona se utilizaron mazas de 1,8-2 kg, mientras que con dos o tres personas éstas eran de 3,5-4 kg.

3. PERFORACIÓN A ROTOPERCUSIÓN

3.1. Martillo en cabeza

Entre 1850 y 1875 se diseñaron y emplearon perforadoras mecánicas accionadas por vapor; que presentaban muchos inconvenientes, sobre todo en las explotaciones subterráneas.

Foto2.7.PerforadoradevaporenRiotinto1880.(Fuente:AlfredoMorenoBolaños).

En 1883 comenzó la utilización del aire comprimido para el accionamiento de las perforadoras, creándose las primeras empresas, como la IngersollSergeantDrill, que en 1902 fabricó el primer compresor portátil y los hermanos Rand que diseñaron y construyeron desde entonces perforadoras y compresores.

Foto2.8.CompresoresIngersollRandenMinasdelRif,en1926.(Fuente:JaimeNavarroDomenech).

CIELO ABIERTO

Ambas empresas se fusionaron en 1905, creándose la compañía IngersollRand , una de las más importantes en el campo de la perforación de barrenos para la minería.

Esta empresa introdujo muchas innovaciones, como el empleo de barrenas huecas por las que pasaba el aire comprimido para limpiar el fondo de los taladros y refrigerar las bocas; en 1913 produjo el primer martillo perforador, Jackhammer,en el que se producía simultáneamente la percusión y la rotación.

Fotos2.9y2.10.Perforaciónconmartillosdemanoenexplotacionesdemineraldehierro enEspañayEE.UU.

Los martillos se clasificaban en función de su peso: ligeros, de 12,5-14,5 kg, medios, de 15,8-22,5 kg; pesados, de 25-26 kg y extrapesados, de 28-38 kg. Las barrenas se sometían a reacondicionamientos sistemáticos mediante forjado cada vez que se habían desgastado.

Foto2.11.Acondicionamientodebarrenasmedianteforjado.MinasdelRifaño1926.

A finales de los 90, los carros hidráulicos perforaban con bocas de 102 mm, con los siguientes modelos: IngersollRandCM660 , el TamrockDHA1000y el AtlasCopcoF7 , a principios del siglo XXI, ya se perforaba a 127-140 mm; IngersollRand720 , Tamrock Pantera1500y AtlasCopcoF9 .

Tamrock , fabricó antes de los años 90 dos carros de perforación, Tamrock 2000 y 4000que perforaban hasta 170 y 251 mm, utilizando tubos.

En la actualidad Sandvik , sucesora de Tamrock , tiene el carro DP 1600 i, que puede perforar en la gama 102-178 mm y Epiroc(AtlasCopco ) posee la perforadora, SmartrocCL, que con el varillaje Coprodque puede perforar con diámetros de hasta 207mm.

Foto2.23.CarroperforadorSandvikDP1600i.

Foto2.24.CarroperforadorEpirocSmartrocCL.

3.2. Martillo en fondo (DTH)

En 1951 los hermanos Stenuicken Bélgica y poco después IngersollRanden Estados Unidos desarrollaron el martillo en fondo (Downthehole , DTH).

En el martillo en fondo, el pistón golpea directamente a la boca de perforación. El accionamiento es aire comprimido que se suministra a través de un tubo que transmite la rotación producida en el extremo de la sarta mediante un cabezal situado en la deslizadera.

El sistema tenía las siguientes ventajas:



La velocidad de penetración no disminuye con la longitud de perforación, como ocurre con el martillo en cabeza.



Se producen muy pocos desvíos.

Es muy apto en terrenos flojos o agrietados

Tuvo una aceptación inmediata en la explotación de canteras, pues el DTH se podía montar sobre un vagón drill pudiendo perforar en 89 mm y poco después en 100 mm con muy poca inversión.

Entre los años 60 y 70, Ingersoll Rand y otros fabricantes, Mission , Halco , Atlas Copco , pusieron en el mercado martillos para 102-114, 127-140, 142-165 mm y 200 mm, que se montaron tanto sobre los carros disponibles o en diseños específicos, como el Crawllmaster de IngersollRand.

El siguiente paso fue la utilización de aire a alta presión, 24,5 kg/cm2, que tenía como objeto aumentar la velocidad de perforación.

Figura2.2.Esquemadefuncionamientodelos martillosenfondo.(Fuente:Epiroc).

. EXPLOSIVOS Y FABRICANTES

1. EXPLOSIVOS

La evolución de los explosivos en la industria minera se remonta al uso inicial de la pólvora. La primera referencia escrita del empleo de la pólvora en una explotación minera data del año 1627, en la mina Schemnitz , hoy Eslovaquia, que en aquel momento pertenecía al Imperio Austrohúngaro. A principios del siglo XVIII se empleaba ya, de forma generalizada, en toda Europa.

Uno de los principales factores de riesgo era la iniciación de la pólvora dentro de los barrenos, que fue resuelta en 1831 con la introducción de la mecha de seguridad por William Bickford, precursor de la Ensign-BickfordCompany .

En 1846 Ascanio Sobrero fabricó por primera vez la nitroglicerina, a la que no pudo darse casi utilidad, debido a su elevada inestabilidad y peligrosidad.

En 1863, Wilbrand, patentó la producción de trinitrotolueno (TNT).

En 1864, se produjo la primera patente de Alfred Nobel con el detonador ordinario, que se iniciaba mediante la mecha de seguridad. Los primeros empleaban pólvora negra y poco después, en 1865, se utilizaron cápsulas de cobre con fulminato de mercurio, “Blastingcap”.

En 1864 en una fábrica de nitroglicerina se produjo una explosión, falleciendo un hermano de Alfred Nobel.

En 1867, Nobel inventó la dinamita, haciendo mucho más segura su manipulación, ya que la nitroglicerina quedaba embebida en la denominada tierra de Kieselguro arena de diatomeas.

CIELO ABIERTO

En 1875, Nobel diseñó las gelatinas explosivas, añadiendo nitrocelulosa a la nitroglicerina, lo que permitió aumentar la potencia de las dinamitas. Prácticamente, en ese mismo año se diseñaron los primeros explosores y detonadores eléctricos.

Estos explosores consistían en un dínamo que producía la energía eléctrica necesaria.

Foto3.1.Detonadoryexplosoreléctricodelosaños20delsiglopasado.

A partir de 1877 la dinamita sustituyó a la pólvora en las labores mineras de Europa y Estados Unidos, construyéndose fábricas en trece países y multiplicando su consumo en un 5.000 %.

En 1879 Nobel introdujo en el mercado, las dinamitas especiales, mediante la adición de nitrato amónico, en sustitución de la tierra de Kieselgur , pudiendo ser gelatinosas de mayor potencia y resistencia al agua o pulverulentas de peores características, pero, todas más económicas que las primeras dinamitas.

Figura3.1.Cargadebarrenosconcartuchosdegrandiámetro.(Fuente:ManualDuPont1922).

Figura3.6.AnagramadelaSociedad Vasco-Andaluza-Asturiana.

Figura3.7.AnagramadelaUEE. (Fuente:MAXAM).

En 1898, adquirió el vapor Nemrod , que transportó los explosivos fabricados en la fábrica de Galdácano a los puertos españoles durante cuarenta años.

Foto3.13.EncartuchadomanualdedinamitasenGaldácano,enlosaños20.(Fuente:MAXAM).

En 1900, comenzó una iniciativa pionera de mecenazgo artístico con la edición del primer calendario ilustrado, que desde entonces ha continuado con el encargo, cada año, a un pintor de prestigio, de una ilustración que sirviera como almanaque de la compañía y que ha dado lugar a una colección de pintura única.

En 1905, se desarrollaron los explosivos de seguridad para su empleo en las minas subterráneas de carbón.

Foto3.14.EncartuchadomanualdedinamitadegrandiámetroenGaldácano.Años20.(Fuente: MAXAM).

En 1912 comenzó la fabricación de pólvora y explosivos militares, inicialmente para la marina española.

Foto3.15.AlmanaquedelaUEE de1905.(Fuente:MAXAM).

Foto3.16.Encartuchadomanualdedinamita.Galdácanoaños40. (Fuente:MAXAM).

En 1917 cesó el monopolio de fabricac ión y venta de explosivos en España.

En 1954, se produjo la modernización de las instalaciones de fabricación de nitroglicerina y de encartuchado semiautomático.

. VOLADURAS

1. EVOLUCIÓN

A principios del siglo XX, la perforación se realizaba con martillos perforadores neumáticos, practicándose zapateras (barrenos horizontales), cargándose con cartuchos de dinamita amoniacal y utilizando detonadores ordinarios y mecha de seguridad. Una vez realizada la voladura era necesario realizar un saneo del terreno, de forma manual.

Foto4.1.PerforacióndezapaterasCEMR.Año1926.

El empleo a partir de la primera década del siglo XX, de grandes diámetros de perforación, 160-300 mm, con la utilización de perforadoras a percusión, obligó a establecer una metodología del diseño y ejecución de las, ya entonces, grandes voladuras.

Foto4.2.CargadezapaterascondinamitaCEMR.Año1926.

Hasta 1950, el diseño de las grandes voladuras, con diámetros de perforación comprendidos entre 200 y 350 mm, se realizaba de acuerdo con lo indicado en la Tabla 4.1, que era fruto de la experiencia adquirida durante cincuenta años en Estados Unidos.

Foto4.3.SaneodetaludesdespuésdeunavoladuraenlaminadeRiotintoenlosaños50.(Fuente:ArchivoFundaciónRiotinto).

El explosivo utilizado, las dinamitas especiales, tenían un diámetro 20 mm inferior al diámetro nominal del barreno. No obstante, el diámetro obtenido era algo mayor que el nominal y además no era un cilindro, sino que tenía una forma irregular.

Una de las mejores aportaciones en el campo de las voladuras se debe a Claude Cunningham en 1983, con la creación del modelo Kuz Ram para la predicción de la fragmentación, a partir de las características del macizo rocoso y de los parámetros de la voladura. Este modelo es utilizado en la mayoría de los programas informáticos actuales. Aunque posteriormente fueron mejorados por los modelos CZM (CrushZoneModel ) desarrollado por JK-MRCy el modelo Swebrecdesarrollado en 2004 por Finn Ouchterlony de la SwedishBlastingresearchCentre – Universidad de Luleå en Suecia cuya particularidad es que logra un mejor ajuste en la predicción de los tamaños finos. La aparición de programas que permiten determinar la granulometría de la pila de escombro mediante el tratamiento digital de imágenes, como Split Desktop , Wipfrag , 3GSM o FragAlyst , posibilitan mejorar el diseño de la perforación y voladura para la obtención del coste mínimo de la operación minera completa: perforación, carga, transporte, trituración y molienda y un mejor resultado de acuerdo a los parámetros óptimos de cada una de las etapas.

En 1985, E. López Jimeno, propuso un método de diseño de voladuras en banco basado en el índice de perforación Ip, (sin dimensiones) que se determinaba a partir de los parámetros de perforación, con la siguiente ecuación: Ip=Vp/EN/D2

donde:

Ip: Indice de perforación.

Vp: Velocidad penetración (m/h).

E: Empuje en miles de libras.

N: Velocidad de rotación (r/min).

D: Diámetro de barreno en (mm).

Se determinó empíricamente el consumo especifico CE, expresado como kg/m3 de ANFO:

CE=1,124∙e-0,5727∙Ip

De esta forma, la tabla 4.2, se convirtió en: Tabla4.3.Factoresdecarga.

MUY DURA DURA MEDIA BLANDA

T (m) 25 D 27 D 32 D 40 D CE (kg/ m3) 1,15 0,7 0,3 0,2

El índice Ip puede proporcionar planos tridimensionales de ciertas características geomecánicas, como la Resistencia a compresión, de los materiales de la explotación.

En estos años, otro objetivo ha sido optimizar el proceso integral del ciclo minero, arranque, carga, transporte y trituración.

En la actualidad, los explosivos más utilizados son las emulsiones y el HEAVY ANFO o ANFO Pesado mediante la mezcla con Emulsiones y en menor medida los hidrogeles. Las tendencias actuales son:



Optimización de la fragmentación. Proceso Mine to Mill , aumentando el consumo específico en las voladuras del mineral, para disminuir el d50. En función de los requerimientos de la entrada del material a la planta de tratamiento. De esta forma los factores de carga actuales en mineral, son los siguientes: Tabla4.4.Factoresdecarga.

MUY DURA DURA MEDIA BLANDA

T (m) 25 D 27 D 32 D 40 D CE (kg/ m3) 1,6 1.00 0,6 0,42



Optimización de la energía del explosivo necesario en cada barreno en función de los parámetros de registro continuo, realizados durante la perforación (MWD por sus siglas en inglés de MeasuringWhileDrillingo Medición Durante la Perforación).

. CARGA DE LOS MATERIALES

1. INTRODUCCIÓN

La operación minera tras el arranque está formada por la carga del material volado. Este puede estar constituido por mineral, que se transporta a las plantas de tratamiento, o por estéril que se desplaza y vierte en las escombreras.

Hasta finales del siglo XIX la carga se efectuaba manualmente, utilizando capazos de esparto y herramientas manuales, palas, azadones y rastrillos.

Foto5.1.Cargamanual.CEMRaño1915.(Fuente:ArchivoCentraldeMelilla).

Este sistema de carga siguió utilizándose hasta los años 20 en explotaciones mineras de pequeña y mediana entidad.

La primera máquina de carga empleada en las explotaciones mineras fue una excavadora mecánica, accionada con vapor, con el movimiento del cazo mediante cadenas, que en Estados Unidos se denominó también excavadora de ferrocarril y que se puso en funcionamiento a principios del siglo XX en las minas de hierro de Mesabi, Minnesota.

CIELO ABIERTO

La excavadora mecánica se ha mantenido en la minería metálica durante ciento treinta años, evolucionando a las actuales excavadoras de cables accionadas eléctricamente.

La siguiente máquina de carga, la pala de ruedas, fue utilizada en la minería metálica desde los años 60.

Por último, la excavadora hidráulica, introducida en las explotaciones mineras en los años 70, constituye el tipo de unidades con mayor progresión actual en la minería a cielo abierto.

2. EXCAVADORAS DE CABLES

Wiliams Otis diseñó en 1835 la primera excavadora mecánica, montada sobre vía y accionada mediante vapor, que fue patentada en 1839 con el nombre “Grúaexcavadora paraexcavaciónyremocióndetierra”.

Esta excavadora tenía un rendimiento de carga de unos 400 m ³/día.

La excavadora se trasladaba sobre vía y tenía un giro de 90º a cada lado y se denominaron excavadoras de ferrocarril (railroad shovels), porque su primera aplicación fue precisamente realizar la excavación de sus trazas.

La muerte prematura de Otis en 1839, impidió el desarrollo de su máquina.

En Estados Unidos se crearon las siguientes empresas fabricantes de excavadoras:

OsgoodDredge , en 1875

BucyrusFoundry&ManufacturingCo. , en Bucyrus, Ohio en 1882.

Foto5.2.CargamanualenRiotintoacomienzosdelsigloXX.(Fuente:AFRT).

Foto5.25.ExcavadoraMarion36.

Foto5.26.ExcavadoraMarion40.

Foto5.27.ModeloMarion41.

CIELO ABIERTO

A partir de 1925, las excavadoras Marion, empezaron a ser accionadas eléctricamente, se trasladaban mediante orugas y tenían un giro de 360

. El primer modelo fue el 490 con un cazo de 1,7 m3 en estéril y de 1 m 3 para mineral de hierro.

Foto5.29.ExcavadorasMarion490cargandomineraldehierroenlaCEMRaños30.

En 1940, se produce un cambio en la denominación de su gama de fabricación, apareciendo la 101 M, que poco después se convierte en la 111 M con un cazo de 3 m3. En 1945 la excavadora 151 M tenía un cazo de 4,5 m 3 .

En 1920 puso en servicio la excavadora modelo 91 de 3,8 m 3 de capacidad de cazo.

Foto5.28.ExcavadoraMarion91.

Foto5.50.ExcavadoraP&H5200.

En 1988 adquirió Page , introduciéndose en el mercado de las dragalinas.

En 1991, retomó el mercado de las excavadoras de cables y puso en servicio la P&H 4100 de 1069 t y 42 m3. Boliden Apirsa incorporó este modelo a la explotación de Aznalcóllar.

Foto5.51.ExcavadoraP&H4100.

En 1991, adquirió la línea de perforadoras rotativas de Garner Denver. En el año 2012 P&HMiningEquipmenty JoyMiningMachinerycrearon JoyGlobal .

. EL TRANSPORTE

1. INTRODUCCIÓN

El transporte de los materiales, el mineral a las plantas de tratamiento y el estéril a las escombreras, se realizó hasta los años 60-70 mediante el ferrocarril, conviviendo desde los años 50 con los volquetes que se hicieron a partir de ese momento dueños absolutos del transporte, tanto en los antiguos yacimientos, como sobre todo en los nuevos.

2. TRANSPORTE POR FERROCARRIL

Fue el sistema de transporte indiscutible desde 1870, fecha en la que se activaron las explotaciones de mineral de hierro, debido a la puesta en marcha de los distintos procedimientos de conversión del arrabio en acero hasta los años 50, en que aparece el volquete minero. No obstante, hubo que esperar hasta finales de la década de los 60, cuando irrumpe en el mercado el volquete de 90 t, para que se sustituya totalmente el transporte por ferrocarril para realizarlo con volquetes.

A CIELO ABIERTO

Entre 1870 y 1890, el tamaño de los vagones era inferior a 5 t de capacidad y el transporte cuando se trataba de pocas unidades se realizaba mediante mulos y cuando el número era importante se utilizaban locomotoras de vapor. Esta combinación se siguió utilizando hasta los años 20 en Europa en explotaciones pequeñas y medias.

Foto6.2.CargamanualyarrastreconmulosenlaCEMRAño1916.

A partir de 1890, el empleo en las explotaciones de Mesabi de palas mecánicas con un tamaño de cazos comprendido entre 1,5-1,8 m3, hizo que aumentase la capacidad de carga de los vagones hasta alcanzar las 20- 40 t.

Foto6.3.Descargadeunvagónde20tenlatolvadelatrituradoraprimariaenlaCEMR.Años30.

A partir de 1940, el constante aumento de la capacidad del cazo de las palas de cables hizo aumentar también la capacidad de los vagones hasta alcanzar el máximo en los años 60 con 90-100 t.

Fotos6.13.y6.14.Descargadevolquetesde90tenvagonesdemismacapacidadylocomotoracon

En la Tabla 6.2 se detallan las características más importantes de las locomotoras, convoyes y distancias de explotaciones mineras con transporte con ferrocarril en el año 1966 (SurfaceMining).

Tabla6.2.Característicasdetransporteporferrocarrildeexplotacionesmineras.(SurfaceMining).

CHUQUICAMATA 100-170 895 60 840 3,3 ERIE 110-120 895-1.044 86 770 12,9 KOLWEZI 60 477 40 240 5,2 MORENCI 117 1.342 75 825 6,9 NEW CORNELIA 112-126 1.305-1.678 60 480 7,3 BINGHAM 77-113 895-1.193 78 830 5,6 TOQUEPALA 122 1.193 75 750 5,6 KOUNRAP 135 101 88 439 5,9

En la actualidad el transporte por ferrocarril se limita a la conexión entre las plantas de tratamiento de mineral y los puertos de embarque.

Las locomotoras diésel eléctricas más potentes son la GM DDA40X de 4,92 MW y la GE AC6000 de 4,47 MW, mientras que los vagones utilizados tienen una capacidad de 120 t.

MINERÍA

A CIELO ABIERTO

En 2001, se realizó el transporte mediante el tren más largo, para realizar diversas mediciones. Tenía 682 vagones, 8 locomotoras para 82.262 t de mineral transportado, con una longitud de tren de 7,3 km.

El 10 de julio de 2018, la compañía Riot into, transportó 28.000 t, utilizando tres locomotoras, en un tren autónomo, aplicando el softwareAutoHaulTM,desde la mina de Tom Price a la terminal de Cape Lambert, desde el centro de operaciones de la compañía en Pert, a 1.500 km de distancia, se estableció la ruta y a partir de ese momento los ordenadores de a bordo toman las decisiones, manteniendo el límite de velocidad establecido y controlando las posibles averías, consiguiéndose una aumento de la productividad, eliminando las paradas del cambio de turno de los conductores, con un aumento de la seguridad. A finales de 2018, estaba operativo. La inversión realizada fue de 940 M$.

Foto6.15.TransportedemineraldehierroenPilbara,Australia.

Foto6.16.TransportedemineralautónomodeRiotintoenPilbara,Australia

3.5. KOMATSU

En 1945, Komatsu comenzó la fabricación de tractores de cadenas, siendo el primer modelo el D50. En 1952 inició la construcción de motoniveladoras y, en 1965, las palas de ruedas.

El primer volquete fue el HD 150, de 15 t de capacidad en el año 1957, una capacidad de carga superada por muchos fabricantes en ese momento.

Este modelo, lo mismo que el HD 220, desarrollado poco después, eran muy pequeños y ya no tenían mercado, desapareciendo pronto de su catálogo. Los siguientes modelos que vieron luz fueron los HD 350 y HD 465, de 35 y 45 t de capacidad, respectivamente.

Foto6.77.VolqueteHD180.(Fuente:Komatsu).

En 1975, el modelo HD 785 de 80 t irrumpió en le mercado con la competencia directa del CAT 777.

Foto6.79.EquipoformadoporelHD785yelDemagH121.Samca,1985.(Fuente:Autor).

En 1979, apareció el HD 1200, de transmisión mecánica con una capacidad de 120 t, y en 1989 el modelo HD 1600, de 160 t.

Foto6.78.VolqueteHD465.

3.9.7.AitikyKevitsa,Suecia,Boliden

En 2019, Bolidenemprendió en Aitik un ensayo con cuatro volquetes modelo CAT 795 AC, en una rampa de 700 metros. El sistema eléctrico fue desarrollado por Eitech y ABB , la Universidad Tecnológica de Chalmers de Gotemburgo y el Departamento Técnico de Caterpillar , que contaba con la experiencia desarrollada por UnitRig en Palabora.

En febrero de 2020, añadieron 10 volquetes, habiéndose alcanzado velocidades de 28 km/h en rampas del 10 %. Paulatinamente se incorporarán el resto de volquetes eléctricos de Caterpillar que ya operaban en la mina.

Las ventajas obtenidas fueron las siguientes:

Aumento de la productividad.

Disminución del consumo de gasoil: 5,5 Ml/año.

Reducción del 15 % en la emisión de gases de efecto invernadero.

Disminución de ruido.

En la figura adjunta se muestra la distribución de los volquetes con su marca y su capacidad de carga en el periodo 1930-2020.

Entre 1936 y 1959, el mercado estaba dominado por Euclid, en 1950 producía el 50 % de los volquetes totales vendidos.

CIELO ABIERTO

En el periodo 1960-1970, Unit Rig, el primer fabricante en llegar a una capacidad de carga de 110 t, con accionamiento eléctrico, ocupó esta posición.

A finales de 1970, se había logrado por parte de los principales fabricantes llegar a volquetes de más de 190 t, pero no tuvieron el nivel de ventas esperado.

Figura6.2.Distribucióndelascapacidadesdelosvolquetesymarcasenelperiodo1936-2020. (Fuente:Autor). Tabla6.9.

AÑO FABRICANTE MODELO CARGA (t) UNIDADES

1968 UNIT RIG M200 180 118

WABCO H3200 212 41

TEREX 33-19 315 1

EUCLID R210 189 1

En la década de los años 70, el volquete más utilizado, por su economía de costes fue el 170 ton (154 t), con un número de volquetes vendidos de 1.437 unidades y con la distribución por marcas mostrada en las tablas 6.9 y 6.10.

. LA MINERIA A CIELO ABIERTO DEL HIERRO Y DEL COBRE EN BRASIL, CHILE Y PERÚ

1. LA MINERIA DEL HIERRO

La CompañíaValedoRioDoce(CVRD creada en 1942 como empresa estatal brasileña y en 1974 se convertía en la primera empresa mundial de producción de mineral de hierro.

En 1997, la compañía pasó a manos privadas por la venta del 41,73 % de las acciones del gobierno brasileño. Una vez privatizada, la compañía decidió centrarse en el negocio de la minería, reduciendo su participación en la energía y logística para reducir los costes de producción.

1.1. Brasil

MINERÍA

A CIELO ABIERTO

Adquirió otras empresas como Caemi , la canadiense Incoy CanicoResoRucespara níquel, los yacimientos de cobre de Carajás y la productora de carbón AMCIHoldingsCo

Foto7.2.MachacadorasmóvilesenlaminaS11D.ValeS.A.

Está presente en los cinco continentes y en 2007 pasó a denominarse Vale ; en la actualidad ocupa el tercer lugar mundial según capitalización de mercado, después de BHPGroupy Riotinto .

Foto7.3.Itabira.ValeS.A.

Existe el proyecto PampadePongodeJinzhaoMining , para producir 22,5 Mt, para lo cual se ha construido un mineroducto a Marcona.

1.4. Análisis global de los tres países

En el cuadro siguiente se resumen por países producciones y leyes de mineral de hierro. La producción de mineral de hierro de estos países es aproximadamente el 34 % de la producción mundial.

Tabla7.1.Clasificacióndelasempresasenlaproducciónmundialdehierro.

BRASIL

I

ZONA

II

ZONA

PROPIETARIO/OPERADOR PRODUCCIÓN (Mt) Ley (%)

Norte3minas Vale S.A 65EsteS11D Vale S.A 115,3

Sur1mina Vale S.A 73,4

Total Zona I 188,7

Sudeste(MinasGerais) 35-60

Itabira2minas Vale S.A 35,9 Central2minas Vale S.A 25,9 Mariana 2minas Vale S.A 11,3 Total Zona II 73,1

III Sur(MinasGerais) 35-60

ZONA

VargenGrande4 minas Vale S.A 13,1 Paraopeba4minas Vale S.A 24,7

Total Zona III 37,8

IV Centro-Oeste 62 Corumba2minas Vale S.A 2,4 Total Zona IV 2,4

ZONA

Total BRASIL: 410

PRODUCCIÓN

CIELO ABIERTO

En 2019, se produce el paso del primer puesto detentado por Valea Riotinto , siendo la clasificación mundial de las principales empresas mineras productoras de mineral de hierro la siguiente: Tabla7.2.Clasificacióndelasempresasenlaproducciónmundialdecobreenelaño2019.

EMPRESAS CUOTA PRODUCCIÓN (%)

1. RIOTINTO 11

VALE 10

BHP GROPUP 9

FORTESCUE METALS 6

ITOCHU Minerals & Energy 3

OTROS 60

Durante el primer trimestre de 2021 se alcanzó un precio del mineral de 170 $/t.

2. LA MINERIA DEL COBRE

En 1960, la producción de cobre de Latinoamérica, liderada por Estados Unidos y Canadá con el 35%, era del 16 %, llegando a igualarse en los años 90, con el 30 % y alcanzando en 2021 al 42,5 %.

Figura7.1.Evolucióndelospreciosdelcobre1915-2010.(Fuente:Cochilco).

Foto7.25.CerroVerde.

En 2015, Cerro Verde era un consorcio liderado por Freeport-McMoRancon un 56 %, siendo la mina peruana de mayor producción de cobre.

La segunda gran explotación es Antamina, que empieza a operar en 2001, después de realizar un desmonte inicial de 110 Mt de estéril y la construcción de un mineroducto de 302 km al puerto de Punta Lobitos, produciendo el primer concentrado de cobre en 2002.

Foto7.26.Antamina.

Foto7.27.CargaytransportedeAntamina.

Foto7.28.TransporteenAntamina.

CONCLUSIONES

Desde 1890 hasta 1950, en Estados Unidos el suministro de los minerales de hierro y cobre para sus industrias provenían de explotaciones mineras a cielo abierto. La totalidad del mineral de hierro consumido se producía en el país; en cuanto al cobre, además de las explotaciones del S.O., también se abastecía de dos explotaciones, localizadas en Chile, una a cielo abierto, Chuquicamata; que representaba un 6%, de la producción mundial y que era propiedad de la AnacondaMiningCoy otra subterránea, El Teniente, de la BradenCopperCo., que pasó en 1916 a la KennecottCorporation

A partir de la década de los 50, se crean por las empresas mineras norteamericanas explotaciones en Latinoamérica para la producción de hierro y cobre.

En este periodo de tiempo, la perforación de barrenos se realizaba mediante trépano, con diámetros comprendidos entre 200 y 310 mm; utilizándose como explosivo dinamitas amoniacales encartuchadas; previas al empleo de agentes de voladura encartuchados ya a finales de los 50. La carga del estéril y mineral se realizaba con excavadoras de cables, que tenían una capacidad de cazo entre 3,5-4 m3, mientras que el transporte se realizaba por ferrocarril; normalmente con accionamiento eléctrico, compuesto por vagones de 40-80 t.

Durante este tiempo, las empresas mineras mundiales más importantes eran norteamericanas, siendo las más significativas: Bethlehem, US Steel, Utah Cooper, Anaconda,KenneccottCorp.,PheplsDodge,Asarco , etc.

También las empresas norteamericanas eran las dominantes en la fabricación de explosivos, en las que destacaban: DuPont,AtlasPowderCo,HerculesPowderCo,Austin PowderCoy CILen Canadá.

Dentro de las empresas mineras europeas, destacaba RiotintoCompanyLtd. , que explotó la mina de cobre española situada en Riotinto (Huelva) desde 1873 hasta 1954, que dio nombre a la empresa, una de las más importantes a nivel mundial.

CIELO ABIERTO

Entre las empresas europeas de explosivos, destacaban: ICI , DynamitNobel,NitroNobel,UEE,EPC,etc.

A partir de 1950, las empresas siderúrgicas norteamericanas precisaban más mineral de hierro y sobre todo de mayor calidad, por lo que se planteó la búsqueda de yacimientos en Latinoamérica, fuera de Brasil, que era el país que contaba con mayores reservas y de mejor calidad, pero que ya había creado la empresa estatal CompanhiaValedoRío Doce (CVRD) , para su explotación y disponía del ferrocarril y el puerto de Tubarao. CVRDproducía en los años 70, el 80 % del mineral de hierro brasileño.

Los países que recibieron capital norteamericano para el desarrollo de minas de hierro fueron: Venezuela, que puso en marcha la IronMinesCo . of Venezuela, filial de Bethlehemcon la explotación El Pao y la OrinocoMiningCo . en el Cerro Bolívar, propiedad de la US Steel . Perú con la MarconaMining Co., uno de cuyos accionistas era la Utah CopperyChilecon la BethlehemChileIronMines , con las explotaciones Algarrobo, Tofo y Romeral.

En cuanto al mineral de cobre, SouthernCopperPerú , inició en 1956 la explotación de la mina de Toquepala.

Entre 1950 y 1980, se produjo un desarrollo espectacular de la minería a cielo abierto, liderada técnica y tecnológicamente por Estados Unidos, aunque la minería como tal comenzó a desarrollarse en otros países y continentes. Uno de los factores que posibilitaron este desarrollo fue el volquete minero, que sustituyó al ferrocarril como medio de transporte en las explotaciones.

En el listado del SurfaceMinesde 1968, de las minas de hierro entre los años 1965 y 1966, catorce son norteamericanas, de las que seis se localizan en Minnesota, otras tres en Michigan, siete en Canadá, una en Venezuela, El Pao, y una en Perú, Marcona.

La perforación en las minas de Minnesota, se realizaba con jet piercing , martillo en fondo y una con trepano. Esto era consecuencia de la gran dureza de la roca, las famosas taconitas. En el resto de las minas se perforaba a rotación.

El diámetro más utilizado era 229 mm, en el caso de rotación, jetpiercingy trépano y con 165-178 mm con martillo en fondo.

El explosivo más utilizado eran el ANFO y los hidrogeles, cargados a granel. La carga se realizaba con excavadoras de cable, con cazos con capacidades entre 4,5 y 6 m3.

Tres explotaciones realizaban el transporte por ferrocarril parcialmente y se utilizaban volquetes de 35 - 90 t.