06. CONCENTRACION GRAVIMÉTRICA

UNIDAD VI “CONCENTRACION GRAVIMÉTRICA” 1. INTRODUCCIÓN Tal vez la más antigua forma de “concentrar” minerales, es decir, de separar la parte “útil” en un “concentrado”, de la parte “inútil”, o ganga, que constituirá el “relave”, es la concentración gravimétrica, que ya se conocía en tiempo de los egipcios. Fue ampliamente practicada durante la Edad Media, y fue el método de tratamiento de minerales más empleado en los tiempos modernos hasta el advenimiento de la flotación. fl otación. Se basa en la separación de partículas de diferente forma, tamaño y peso específico, por medio de la fuerza de gravedad (que a veces se encuentra acompañada de la fuerza centrífuga). cent rífuga). El principio que explica la concentración por medio de gravedad es el “asentamiento obstaculizado”, es decir, la velocidad mayor o menor de asentamiento partículas de diferente tamaño y peso, en un medio líquido, que contiene a su vez partículas finas del mismo sólido, las cuales obstaculizan o retardan la caída de las partículas que se pretende diferenciar por su velocidad de asentamiento. Hoy en día, se emplea la técnica de la concentración gravimétrica en el procesamiento de minerales muy pesados y que no responden fácilmente a la flotación; así como de aquellos que presentan tamaños de liberación relativamente gruesos y/o cuando una excesiva conminución puede conducir al lameado y pérdidas de recuperación. Además: en caso de operaciones en los que la simplicidad del circuito es de ventaja: como “preconcentración” de minerales de baja ley: y cuando su bajo costo energético y su superioridad ecológica pueden ser decisivos. Estos últimos factores convierten a los métodos gravimétricos, ya sean solos o en combinación con otros métodos, en una vía atractiva de tratamiento. Así se trata actualmente minerales de estaño y tungsteno, así como de oro (todos de alto peso específico), y de carbón (que es más liviano que la ganga), mediante una u otra alternativa del método gravimétrico. En caso del oro, son de vasta aplicación en el Perú, y constituyen el método preferido en el tratamiento de arenas de lavaderos de oro, y aún, forman parte en combinación con otros métodos, de circuitos de beneficio de minerales oro de todo tipo. Como criterio de aplicabilidad, se puede decir que el tamaño de partícula mínimo recomendable, es de 100 mallas/pulgada (150 micrones), mientras que el tamaño mínimo posible es del orden de 200 mallas/pulgada (75

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micrones). La presencia de gran cantidad de partículas más finas, entorpece el proceso de separación. El criterio fundamental, sin embargo, es el peso, o mejor dicho, la relación entre los pesos específicos de la mena y ganga, con la del medio líquido, que se expresa como sigue:

Si dicha razón es el orden de 2.5, la separación es efectiva hasta un tamaño de 100 mallas; si es de 1.5, es posible con dificultad para partículas de ¼”. Partículas de 200 mallas, requieren (con dificultad) valores superiores a 2.5. Si suponemos una densidad del liquido = 1, y de la ganga =2.5, resulta recomendable que es el valor del criterio de concentración sea = 2.5, con la cual la densidad (mínima recomendable) de la mena pesada resulta de 4.75. Algunas densidades de menas/metales pesados, que están normalmente asociados a procesos gravimétricos, son: Oro = 1.56/19.3 Casiterita (SnO2) = 6.8/7.1 Galena (PbS) = 7.4/7.6 Plata = 10.5 Magnetita (Fe304) = 5.2 (arenas negras) Scheelita (CaW04) = 5.9/6.1 Se comprende fácilmente que mientras mayor sea la diferencia entre densidades de menas pesadas vs. ganga, y entre éstas y la densidad del líquido, el proceso será más eficiente. Los principales equipos de concentración gravimétrica (más comúnmente usados en la industria minera), son: Jigs (para tamaños mayores de ¼”) Mesas vibratorias (para tamaños 1” x 100m.) Conos y espirales Reichard (tamaños + 10m y -100m) Separadores especiales, centrífugos (Knelson, Falcon) 2. EQUIPOS DE CONCENTRACIÓN GRAVIMÉTRICA

2.1. JIGS Estos equipos, generalmente aplicados para separaciones en tamaños de -1” + ¼”, se usan como preconcentradores, y a veces en circuitos de molienda, para recuperar oro, o galena gruesas, tan pronto sean liberados.


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Se distinguen porque combinan el asentamiento obstaculizado gravitacional de las partículas con un movimiento de pulsación que se imparte a la pulpa por medio de un diafragma, un pistón o una válvula de admisión de agua intermitente. Las partículas pesadas, que se asientan por la acción conjunta de la gravedad y de la aceleración de flujo pulsante, penetran y percolan a través de una cama densa formada por partículas pesadas de gran tamaño, o partículas de material distinto (“ragging”), sobre una parrilla fija (“screen”), colocada encima de la cámara de acumulación de concentrado (“hutch”).

Figura N° 1: Esquema de un Jig y una canaleta Sluice

Detalles de diseño de los jigs comprenden: velocidad y amplitud de pulsación: caudal de agua agregada; extracción del concentrado fino y grueso, recuperación de agua (pulpas tratadas en un jig son generalmente muy diluidas, densidad aproximada = 1.05, de modo que es necesario desaguar concentrados y relaves, recuperando el máximo posible de agua; y adecuada preparación/clasificación de la alimentación. En muchas instalaciones de concentración gravimétrica, los jigs (Yuba, u otros) están ubicados a continuación de las chancadoras (que a veces incluyen una chancadora de rodillos, ya que este tipo produce un mínimo de “finos”). La alimentación de los jigs a menudo es clasificada previamente por tamaño, para asegurar que cada máquina reciba una alimentación de un mismo rango granulométrico, ya que la velocidad de asentamiento obstaculizado es función del “peso” de las partículas, es decir, tanto de densidad como de su volumen/tamaño.

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Los concentrados de jig pueden ser productos finales, aunque a veces necesitan molienda, antes de ser sometidos a limpieza final. Los relaves de jig son remolidos, en molino de barras (para minimizar producción de “finos”), y luego de clasificación deslamada, se prosigue el tratamiento de los finos en mesas o espirales.

Figura N° 2: Jig Tipo Denver


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2.2. Mesas vibratorias

Figura N° 3: Mesa vibratoria

La mesa vibratoria es una cubierta de forma rectangular o romboidal, provista de “rifles” o listones siguiendo de eje mayor. Dicha mesa se encuentra en posición casi horizontal, con una pequeña inclinación en sentido del movimiento de la pulpa, según su eje mejor, y está dotado de un movimiento vibratorio, impartido por un mecanismo excéntrico, paralelo a su eje mayor, longitudinal. Su efecto de funcionamiento se basa en 4 principios que actúan simultáneamente sobre la pulpa alimentada a la mesa: asentamiento obstaculizado; flujo de película líquida o corriente laminar; escurrimiento de consolidación; y aceleración asimétrica, ésta última producida por el mecanismo vibratorio excéntrico. La concentración por corriente laminar, se basa en la diferencia de velocidad que existe en una pulpa en movimiento, entre un máximo en su parte superficial, y casi cero cerca del fondo (por efecto de fricción y de tensión superficial de la interfase sólido/líquido). Escurrimiento de consolidación significa el asentamiento de partículas finas, dentro de los espacios dejados por las partículas gruesas, después del asentamiento obstaculizado. La pulpa y el agua son alimentadas en la parte superior de la mesa inclinada, y al moverse a través de ésta, forma pequeñas lagunas detrás de los “rifles” o listones transversales, en que se depositan partículas gruesas y/o pesadas. El movimiento vibratorio ayuda a clasificar las partículas sedimentadas según su peso específico; y el agua que se agrega en la parte superior de la mesa actúa arrastrando partículas gruesas de bajo peso específico por encima de los “rifles” de la cubierta (concentración por corriente laminar).

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Figura 4. Esquema de Distribución de Productos en una mesa vibratoria.

El diseño de las cubiertas, dependiendo del arreglo y tipo de los “rifles” transversales, divide las mesas en modelos para el tratamiento de arenas o de lamas. Además, según el número de cubiertas montadas verticalmente sobre una misma mesa, se distingue entre cubiertas simples o múltiples, siendo el objetivo de las cubiertas múltiples el ahorro de espacio en la instalación de las mesas.

Figura N° 5: Vista de concentradores gravimétricos en Mesa y Cono 2.3. Conos y espirales Ambos son dispositivos de concentración gravimétrica, basados en el principio de corriente laminar o flujo de película líquida (es decir, con velocidad de pulpa diferencial entre superficie y fondo). Se distinguen de las mesas por no tener mecanismo interno propio, y por tener mayor capacidad, y ocupar menor área superficial, por lo cual están desplazando a éstas para instalaciones de gran tonelaje (lavaderos, arenas pesadas, etc.).


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Figura N° 6: Banco de espirales

Ambos tienen ranuras o tubos para la salida continua de concentrados y productos intermedios, en lugares donde los productos pesados se depositan y acumulan, como ser la parte interior de los conos concentradores; y el fondo de los canales helicoidales de los espirales. Tanto conos como espirales se usan en bancos compactos, con interconexiones como circuitos de desgaste, agotamiento y limpieza. Normalmente, los conos (que pueden ser multi-etapas) tienen función de circuito primario, y los espirales (que pueden ser de configuración múltiple como circuito secundario. Modernamente, tanto conos como espirales se construyen de plástico reforzado con fibra de vidrio, lo que aumenta su resistencia al desgaste por abrasión y facilita su mantenimiento.

Figura N° 7: Banco de espirales

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Figura N° 8 3. CONCENTRACIÓN Los equipos de concentración centrífuga emplean el principio de sedimentación obstaculizada forzada, es decir, el principio de sedimentación obstaculizada, se realiza mediante la aplicación de una fuerza (centrífuga) que incrementa el Criterio de Concentración mena – ganga al acentuar la diferencia de densidades producto de la fuerza aplicada. Los principales equipos en aplicación actualmente con este principio son los concentradores centrífugos “Knelson” y “Falcon”. En la siguiente página se presenta información de los concentradores Falcon.

CÓMO FUNCIONA Teniendo como antecedente el diseño pionero de Mac Nicol en la década del 30, estos concentradores semi-continuos emplean una zona de retención lavado en la parte superior del rotor, requiriendo de la adicción de un pequeño volumen de agua de proceso. Estas unidades pueden procesar


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partículas hasta el 6mn, pero también son muy eficientes en la recuperación de partículas muy finas.

Las partículas en el flujo de ingreso son sometidos a fuerzas de gravedad hasta 200 G’s y son segregadas de acuerdo a su gravedad específica mientras discurren por la pared lisa del rotor. Las capas más pesadas pasan a la zona de concentrado, retenido en la ranuras circundantes de la parte superior del rotor.

Figura N° 9: Corte transversal de un concentrador centrífugo

La adicción de contra-presión de agua a través de las ranuras presentes en la zona de concentrado, permite que las partículas migren y sean retenidas solo las más pesadas. Las partículas más livianas son eliminadas como relave por la parte superior del rotor. La alta fuerza de gravedad permite la recuperación de partículas muy finas (aún menores a 10 micrones) y la profundidad de las ranuras de la zona de concentrado permite a las partículas pesadas gruesas ser retenidas con total seguridad. Cuando el concentrado ha llegado a alcanzar una ley suficiente, la alimentación es detenida (por tan solo 30 segundos). El rotor disminuye su velocidad y mediante presión de agua se lava el concentrado que es descargado por la parte baja del rotor y conducido a una canaleta.

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4. RESUMEN

Se revisa el proceso de concentración gravimétrica de los minerales el cual obedece a los criterios de separación atendiendo a la diferencia de pesos específicos y a las últimas tendencias en las cuales se incorpora la fuerza centrífuga. Con esto se consigue incrementar y mejorar el criterio de concentración, el cual se ve fuertemente realzado aplicando las fuerzas centrifuga. Los principales equipos que se utiliza en la concentración gravimétrica están de acuerdo a la granulometría de la partícula y son principalmente las canaletas sluices las cuales se usan preferentemente a nivel artesanal, los jigs, las mesas gravimétricas, los conos y los espirales. La fuerza centrífuga se incorporó en los equipos gravimétricos y permitió recuperar el oro fino en plantas auríferas gravimétricas que en el pasado no eran recuperables por métodos tradicionales. De esta manera se logra aplicar fuerzas centrífuga desde 60 hasta 200 veces la gravedad. En muchas plantas auríferas el oro es recuperado por etapas, es decir el oro grueso (mayor a 100 micras) es recuperado gravimétricamente o por métodos centrífugos y el oro fino no recuperable por estos métodos de logra recuperar por medio del proceso de flotación o métodos hidrometalúrgicos como la cianuración.


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