7/18/2019 Tecnología de Plasma Para La Fragmentación de Roca en Zonas Sensibles

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Tecnología de plasma para la fragmentación de roca en zonas sensibles.Patricio Olivero Arenas y Cristian Larson MardonesI!"OL LIMITA#A$es%men.&e describe la tecnología de fragmentación de roca mediante plasma' (%e se basa

en la activación de reacciones termíticas confinadas en el interior de perforacionesdentro del macizo rocoso. Act%almente la tecnología )a evol%cionado )acia el %so de mezclas met*licas (%eprod%cen reacciones termíticas (%e tienen la venta+a de generar altas densidadesde energía' insensibilidad al impacto' alta temperat%ra de comb%stión y %n ampliorango de prod%cción de gases.Las vibraciones prod%cidas por esta tecnología son del orden del ,- de lageneradas por las em%lsiones' debido esencialmente a la no prod%cción de ondasde esf%erzo al ser reacciones (%ímicas s%bsónicas con /O# del orden de 0--m1seg.La principal característica (%e permite aplicar plasma en la fragmentación de rocaen zonas sensibles' es la escasa proyección de partíc%las de roca debido a lacorta d%ración del p%lso de presión (%e prod%cen los gases ionizados' total oparcialmente' a altas temperat%ras' en c%yo caso los gases se transformanr*pidamente a fases m*s condensadas como lí(%idos o sólidos. "sta característicacontrasta f%ertemente con los e2plosivos' (%e normalmente tienen %n car*cter%ltrasónico y los prod%ctos de reacción son gases (%e permanecen en ese estadod%rante el desarrollo de la volad%ra prod%ciendo la proyección de partíc%las deroca. 3inalmente se entregan antecedentes de %n caso de aplicación de la

tecnología al fragmentar rocas en el interior de %n edificio (%e constit%ye %na zonaaltamente sensible a la proyección de roca.

Tecnología de plasma para la fragmentación de roca en zonas sensibles.

,. Introd%cción.&e denomina plasma al gas ionizado en el c%al la mayoría de los *tomos omol4c%las se )an transformado en iones positivos al perder %no o varios

electrones. "n general el plasma es %na mezcla de tres componentes5 *tomos omol4c%las' iones positivos y electrones libres."l plasma es el estado de la materia con mayor presencia en el %niverso. "l &ol ylas estrellas p%eden ser considerados grandes concentraciones de plasmacaliente. Toda descarga gaseosa como rel*mpago' c)ispa y arco el4ctrico estaasociada a la aparición de plasma' incl%so la llama ordinaria' a%n (%e en gradomenor' est* ionizada' es decir' es plasma."ntre %n plasma y %n gas no e2iste %na delimitación definida. "l plasma c%mple lasleyes de los gases' sin embargo' es cond%ctor de la energía el4ctrica y esf%ertemente afectado por los campos magn4ticos 6,7

La reacción e2ot4rmica entre %n metal y %n ó2ido met*lico 6reacción termítica7 oentre elementos met*licos 6reacción intermet*lica7 así como la comb%stión de

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metales 6reacciones de o2idación7 son %na importante f%ente de energía (%ep%ede prod%cir como prod%ctos de reacción fases menos condensadas comogases e incl%so plasma.La tecnología de fragmentación de roca con plasma' se basa en la activación dereacciones termíticas confinadas en el interior de perforaciones dentro del macizo

rocoso.8.9 $eacciones termíticas.La reacción termítica tradicional es la (%e tiene l%gar entre al%minio y ó2ido defierro III o magnetita' (%e f%e %sada por primera vez como soldad%ra en ,:;:. "stareacción e2ot4rmica prod%ce al<mina y fierro met*lico.

: Al = 0 3e0O> ? > Al 8O0 = ; 3e = :@; cal1gr. reactivo

na reacción termítica típicamente %sada en la fragmentación de rocas es laprod%cida entre el al%minio y el ó2ido de cobre.

8 Al = 0 C%O ? Al8O0 = 0 C% = ;@>', cal1gr. reactivo

Las principales características termodin*micas 687 de esta <ltima reacción son5#ensidad de la mezcla 5 B', gr.1ccTemperat%ra de reacción adiab*tica sin cambio de fase5 B@,: DTemperat%ra de reacción adiab*tica con cambio de fase5 8:>0 D"stado o fase de los prod%ctos de reacción5E2ido 6Al8O07 5 lí(%ido

Metal 6C%7 5 lí(%ido 9 gasProd%cción de gases5 -'B> mol1,-- gr. de reactivo ? ,8- l1FgCalor de reacción5 ;@>', cal1gr. reactivoPodemos comparar esta reacción con el A3O' (%e genera ,-B- litros de gas 1Dg.y ;,8 cal1gr. de reactivo.Como %na forma de a%mentar la tasa de prod%cción de gases a esta mezclatermítica se le p%ede agregar nitrato de amonio 6G>O07 o alg%na sal altamente)idratada como Mg&O>H@G8O' (%e prod%cir* principalmente vapor de ag%asobrecalentado.Las reacciones termíticas m*s %sadas para fragmentar roca se basan en el

al%minio como metal comb%stible (%e reacciona con diferentes ó2idos met*licos.Para alg%nas aplicaciones específicas se p%eden %sar otros metales como elcirconio (%e constit%ye mezclas termíticas sensibles a la ignición y con altasvelocidades de reacción. "l ó2ido de cobre es preferido c%ando es necesariocontar con %n b%en cond%ctor del calor.8. #escripción de la tecnología de fragmentación de roca con plasma."2isten varias tecnologías de fragmentación de roca con plasma' los primerosensayos consistieron en ionizar %na sol%ción salina dentro de perforaciones enbolones mediante la acción de %n f%erte p%lso el4ctrico de >--- a B--- volt. Act%almente la tecnología )a evol%cionado )acia el %so de mezclas met*licas (%e

prod%cen reacciones termíticas (%e tienen la venta+a de generar altas densidadesde energía' insensibilidad al impacto' alta temperat%ra de comb%stión y %n amplio

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rango de prod%cción de gases.M%c)as de estas form%laciones son estables a altas temperat%ras y no sonafectadas por corrosión' )%medad' impacto' c)ispas y pe(%eas variaciones en s%composición (%ímica.Las mezclas termíticas p%eden ser encendidas por variados m4todos entre los (%e

destacan los sig%ientes5P%lso t4rmico proveniente de 5$esistencia el4ctrica incandescente.P%ente semicond%ctor  Arco el4ctrico' (%e re(%iere descargas el4ctricas >--- a J--- voltImpacto con l*ser.Otra reacción termítica m*s sensible a la ignición como Kr con C%O (%e prod%cetemperat%ras de J,-- D.Las vibraciones prod%cidas por esta tecnología son del orden del ,- de lasgeneradas por las em%lsiones debido esencialmente a la no prod%cción de ondasde esf%erzo al ser reacciones (%ímicas s%bsónicas con /O# del orden de 0--m1seg.na forma de me+orar la velocidad de reacción de estas mezclas' es a%mentar las%perficie específica de s%s componentes pasando de la act%al micro9estr%ct%ra anano9estr%ct%ra' act%al estado del arte de las nano9termitas.La principal característica (%e permite aplicar plasma en la fragmentación de rocaen zonas sensibles' es la escasa proyección de partíc%las de roca debido a lacorta d%ración del p%lso de presión (%e prod%cen los gases ionizados' total oparcialmente' a altas temperat%ras' en c%yo caso los gases se transforman

r*pidamente a fases m*s condensadas como lí(%idos o sólidos. "sta característicacontrasta f%ertemente con los e2plosivos' (%e normalmente tienen %n car*cter%ltrasónico y los prod%ctos de reacción son gases (%e permanecen en ese estadod%rante el desarrollo de la volad%ra prod%ciendo la proyección de partíc%las deroca.3inalmente' es necesario )acer notar la e2istencia de tecnología (%e permitesec%enciar los tiros mediante iniciadores electrónicos preprogramados' seme+antesa los detonadores electrónicos tradicionales' en (%e el e2plosivo )a sidoreemplazado por mezclas termíticas altamente sensible a la ignición mediantep%ente el4ctrico.

0. "st%dio de caso.#entro del plan de e2pansión de la #ivisión Andina de Codelco C)ile' se est*aplicando la tecnología de fragmentación de roca con plasma al interior del edificio(%e c%bre el f%t%ro vaciadero de camiones de e2tracción en el razo PTB en el$a+o &%r &%r."l proyecto consiste en terminar de constr%ir el emb%do receptor de mineral en ele2tremo s%perior del ore pass razo PTB. A(%í' es necesario e2traer ,8-- m0 deroca mediante ban(%eo de ,'B m de alt%ra. /er fig%ra ,' 8' 0 y >. na restricciónimportante del proyecto es la necesidad de generar %na gran%lometría del materialfragmentado inferior a , m a fin de evitar colgad%ras del ore pass PTB (%e tiene %n

di*metro de 0 m."n este proyecto se cons%mir*n del orden de ,,-- Dg. c*ps%las de plasma y 0---

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iniciadores electrónicos. Las principales características del diseo son5Longit%d de perforaciones5 ,'J m#i*metro de perforaciones5 >, mmMalla de perforación5 -'J 2 -'@ m8&ec%enciamiento5 electrónico.

Plasma5 $C de origen coreano.3actor de carga5 :-- a ,--- gr.1m0

$"3"$"CIA ILIO!$3ICA

,. #. A. Castro O.N ! /*s(%ez Termodin*mica del plasma Ingeniería y#esarrollo. niversidad del orte. C)ile ,;;@.8. &. G. 3isc)er N M. C. !r%belic) T)eoretical "nergy $elease of T)ermites'Intermetallics' and Comb%stible Metals &A#;;9,,@-C. ,;;;.