30712materialdeestudioparteidiap1!80!140128132857 Phpapp01

1

CONMINUCION Y SEPARACION DE TAMAÑOS Dr. Patricio Navarro Donoso Consultor Intercade

2

INDICE 1 CONMINUCION………………………………………………………………

5

1.1 Introducción……………………………………………………………….... Introducción………………………………………………………………....

5

1.2 Factores que influyen en la selección de circuitos de conminución …..

7

2 CHANCADO DE MINERALES……………………………………………… MINERALES……………………………………………… 28 2.1 Diagramas D iagramas de flujos………………………………………………………… flujos………………………………………………………… 30 2.2 Mecanismos de reducción de tamaño en conminución……………….. conminución………… ……..

48

2.3 T Tipos, ipos, descripción y selección de chancadoras………………………... chancadoras…………… …………...

72

2.4 Dimensionamiento de chancadoras…………………………… chancadoras…………… ………………………... ………... 134 2.5 Separación de tamaños en harneros………………………………… harneros……………… ……………………. …. 146

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2 3

3 MOLIENDA DE MINERALES………………………………………….... MINERALES…………………………………………....

197

3.1

Introducción……………………………………………………………

197

3.2 Diagramas de flujos…………………………………………………… flujos……………………………………………………

204

3.3 Tipos, descripción y diseño de molinos de Barras………………… Barras……………… …

209

3.4 Tipos, descripción y diseño de molinos de Bolas………………..... Bolas………………. ....

239

3.5 Tipos, descripción y circuitos de molinos semiautógenos…………

282

3.5.1 Preclasificación Preclasificación y prechancado prechancado del mineral………………………… mineral…………………………

286


4

4 SEPARACION SEPARACION DE TAMAÑOS EN HIDROCICLONES…………………….. HIDROCICLONES…………………….. 308 4.1 Antecedentes de la operación operación con hidrociclones……………………… hidrociclones…… …………………….. ….. 308 4.2 Características Característic as de los hidrociclones………………………… hidrociclones……… ………………………………… ……………… 320 4.3 Dimensionamiento Dimensionami ento y selección de hidrociclones a través de modelos matemáticos matemáticos empíricos………………………...………………………………. empíricos………………………...………………………………. 331 4.4 Separación sólido-líquido……………………………………………………... 340 4.5 Tipos y características de separación por gravedad……………………….. 346



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3 5

1. CONMINUCION 1.1 Int Introd roducc ucción ión Se usa usa el conc concep epto to de conmi onminnuci ución par para iden identitififica carr tod todos los procesos que tienen que ver con la acción de reducir el tamaño de los minerales que se procesan y poseen elemen mentos de valor comer mercial ial y otros que no tien ienen valor (ganga).


6

Los objetivos más importantes que persigue la conminu conminució ciónn son: son: 

Mani Manipu pulac lació iónn y manejo manejo adec adecua uado do del miner mineral al..



Libe Libera rarr las las espe especi cies es valio valiosa sass conte conteni nida dass en ellas ellas..



Prep Prepar arar ar el miner mineral al para para los los proc proces esos os post poster erior iores es..



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4 7

1.2 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SELECCION DE CIRCUITOS DE CONMINUCION Los factores que influyen en la intensidad del proceso de conm conmiinuci nución ón y por por ende ende en la sele seleccción ción del del circu ircuititoo son: son: 

Ley Ley del del mine minera rall o meta metall a rec recuper uperar ar..



Cara Caract cter erís ístic ticas as de la ganga ganga pres presen ente. te.


8



Tonel Tonelaj ajee de las rese reserv rvas as..



Tipo de proceso posterior de recuperación o concentración: flotación, lixiviación, concentración magnéti magnética, ca, concen concentra tració ciónn gravim gravimétr étrica ica,, otros. otros.



Valo Valorr comer comerci cial al del del miner mineral al..



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5 9









En estricto rigor la liberación de especies de valor se logra solo en forma parcial. Para un proceso de lixiviación en pilas son necesarias de 2 a 3 etapas de chancado. Para un proceso de lixiviación en botaderos con actividad bacteriana es necesaria una (dos a lo mucho) etapa de chancado. Para el proceso de flotación son necesarias tres etapas de chancado y dos etapas de molienda.

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El proceso de lixiviación en pilas puede requerir 2 ó 3 etapas de chancado. El proceso de lixiviación en botaderos o sulfuros de baja ley requiere a lo sumo de una etapa.

Proceso de Lixiviación Dr. Patricio Navarro Donoso - Consultor Intercade


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6 11

BURBUJAS DE AIRE MINERALIZADAS

El proceso de flotación, requiere de tres etapas de chancado y dos etapas de molienda. En algunos casos se requiere de remolienda para mejorar la ley del concentrado. Dr. Patricio Navarro Donoso - Consultor Intercade

12

La tronadura en la mina es el primer proceso de conminución en la línea de operaciones de mina y planta.



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7 13

Desde la mina hasta las distintas etapas de chancado se estará operando en seco, sin agua. Desde la alimentación a la molienda en adelante, siempre se estará operando con pulpas.


14

El mineral proveniente de la mina tiene un tamaño variado, por lo que el objetivo del chancado (primera etapa de la conminución a ejecutarse en la planta) es reducir el tamaño de los fragmentos de rocas enviados, desde la mina hasta obtener un tamaño uniforme máximo de ½ pulgada (aprox. 1,27 cm).



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8 15

Para la reducción del tamaño se utilizan las chancadoras

(equipos

mecánicos-eléctricos

de

grandes dimensiones). En estos equipos, los elementos trituran la roca mediante movimientos de atrición y están construidos de aleaciones especiales y acero de alta resistencia.


16

Todo el manejo del mineral en la planta se realiza mediante correas transportadoras, desde la alimentación proveniente de la mina hasta la entrega del mineral como producto chancado a la etapa siguiente. Opción 2 : SAG + Ball Mill Muckpile Primary crusher

0.1 kWh/t 0.2 kWh/t Stockpile

Cyclones

10 kWh/t Ball mill SAG



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9 17

Como uno de los objetivos más importantes de la conminución es la reducción del tamaño de las rocas, es posible plantearse la siguiente pregunta ¿Por qué la acción no se hace en una sola etapa? Es decir, que un equipo tome la roca de mineral y lo convierta en partículas finas en una sola etapa.


18

Desafortunadamente, no se ha podido hasta la fecha desarrollar un equipo capaz de realizar todo el proceso de chancado de una sola vez (para todos los tipos de materiales). Por esto, en la mayoría de las aplicaciones son necesarias varias etapas de fragmentación y la utilización de más de un equipo.



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10 19

El hecho de que existan ambos, chancado y molienda y no solo uno de ellos, responde a dos motivos muy claros: factibilidad técnica y económica. Existe un límite de tamaño de las partículas de mineral hasta donde las chancadoras son eficientes y pasado este límite realizan muy poco trabajo en comparación con la energía consumida.


20

Comminution Energy 40

) t / h W k ( n o i t p m u s n o c y g r e n e

35

milling

30

crushing

25 20 15 10 5 0 0.01

01

1

10

100

80% passing size (mm)

Consumo de energía en chancado y molienda Dr. Patricio Navarro Donoso - Consultor Intercade


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11 21

En la figura anterior podemos observar que para reducir partículas a un tamaño de 8 a 10 mm. (aprox.) debe realizarse en chancadoras y para tamaños inferiores en molinos.


22

Es necesario saber elegir los equipos adecuados que permitan conseguir la reducción de tamaño requerido y ubicarlos en un circuito, de modo que juntos proporcionen la disminución de tamaño necesario para el proceso siguiente. No olvidar que debemos hacer un eficiente uso de la energía consumida.



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12 23

La

resistencia

que

opone

el

mineral

a

la

fragmentación es fundamental. Puesto que, es necesario conocer la razón de la reducción de tamaño y definir qué tipo de máquina se debe utilizar.


24

Un material con bajo índice de trabajo es más fácil de fragmentar. Por ello la razón de reducción del chancador es alta, disminuyéndose las etapas de fragmentación en la planta de chancado.



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13 25

Por ende se puede concluir que cuando un material tiene un menor índice de trabajo se puede alcanzar una razón de reducción más alta, de acuerdo a la definición presentada.


26

Por el contrario, si un material tiene un índice de trabajo alto, será imposible utilizar una abertura de salida muy estrecha, para no producir sobrecargas. Por eso es necesario utilizar una mayor cantidad de etapas de fragmentación y así alcanzar el tamaño deseado en el producto.



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14 27

INDICE DE TRABAJO WI


28

2. CHANCADO DE MINERALES Los objetivos del chancado de los minerales son: 

Liberar minerales comerciables desde una matriz formada por minerales de alto y bajo interés económico.



Promover reacciones químicas rápidas a través de la exposición de una gran área superficial.



Producir un material con características de tamaño deseable para su posterior procesamiento, manejo, almacenamiento y/o comercialización.



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15 29

Existe un límite de tamaño en las partículas de mineral hasta donde los chancadores son eficientes , pasado este límite realizan un trabajo muy pobre en comparación a la energía consumida .

Para los tamaños más finos , existen molinos que realizan la reducción de tamaño del mineral con un mejor rendimiento que los chancadores.


30

2.1 DIAGRAMAS DE FLUJO

Se usa el concepto de conminución para identificar los procesos que tienen que ver con la reducción de

tamaño de los minerales y que permiten liberar las especies valiosas contenidas en ellos.



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16 31

Circuito Abierto

Equipo de reducción de tamaños

Alimentación F80

Producto P80


32

A la relación entre el tamaño de alimentación y el de descarga de cualquier equipo de conminución se le llama razón de reducción. spider

gape top shell

mantle mantle diameter

set

bottom shell drive hydraulic support



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17 33

Podemos observar algunos equipos y sus valores típicos de razón de reducción. Chancadoras de compresión

Impactores (modelo horizontal)

Mandíbula 3-4 Giratorio 3-4 De cono 4-5

Impactores (modelo vertical)

10 - 15

Molinos (modelo tambor)

3-8

Barra 100 Bota 1000 AG & SAG 5000


34

Todos los chancadores tienen una razón de reducción limitada; puesto que, el tamaño global del circuito se va a realizar en etapas. La cantidad de etapas está guiada por el tamaño de la alimentación y el producto final requerido, como puede visualizarse en el siguiente ejemplo.



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18 35 100% 90

80 m m 6 1 =

70

o d a z 60 n a v

0 8

P

e50 j a t n e c r o P

m m 6 1 =

m m 0 0 4 =

P

F

0 8

0 8

0 2

4

8

16

32

64

125

250

500

1000 mm


36

EJEMPLO Para un tamaño de material cuya alimentación es de F80=400 mm correspondiente a roca de voladura, cuyo tamaño es 80% menor que 400 mm. El tamaño deseado del producto: P80 = 16mm correspondiente al mineral de alimentación de molino de barras. Razón de reducción tal R = F80 /P80 = 400/16 = 25



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19 37

Una solución propuesta a los requerimientos, puede ser la siguiente: 

Razón de reducción en etapa primaria R1 = 3



Razón de reducción en etapa secundaria R2 = 4



Razón de reducción en 2 etapa de chancado = R1 x R2 = 3 x 4 = 12


38

Dos etapas no son suficientes.

Se necesita una

tercera etapa de chancado. Ya que se deben usar tres etapas, se puede disminuir un poco la razón de reducción en cada etapa, de ese modo se otorga mayor flexibilidad al circuito.



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20 39

Por ejemplo: 

Razón de reducción, primera etapa R1 = 3



Razón de reducción, segunda etapa R2 = 3



Razón de reducción, tercera etapa R3 = 3

Juntas, estas tres etapas dan R1xR2xR3 = 27, reducción suficiente.


40

CHANCADORAS APROPIADAS PARA LAS DIFERENTES ETAPAS Etapa I Chancadora de mandíbulas Etapa II Chancadora de cono Etapa III Chancadora de cono



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21 41

En la siguiente figura se observa el circuito abierto de chancado conformado por tres etapas, cada etapa de la descarga alimenta la etapa siguiente del chancador. La descarga del chancado terciario constituye el producto final.


42

Feed Grizzley screen Oversize

Primary Jaw crusher

Circuito abierto de chancado

Tertiary cone crusher

Product Dr. Patricio Navarro Donoso - Consultor Intercade


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22 43

En la figura siguiente veremos el diagrama de una etapa de chancado en un circuito cerrado; es decir, la descarga del chancador alimenta a un harnero. El sobre tamaño recircula al chancador y el bajo tamaño constituye el producto que pasa a la siguiente etapa.


44

Feed Grizzley screen Oversize

Circuito cerrado de chancado

Primary Jaw crusher Oversize Screen

Product



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23 45

CIRCUITO CERRADO DIRECTO

Alimentación fresca


F80

Producto grueso

Clasificador

P80 Producto fino


46

CIRCUITO CERRADO INVERSO

Alimentación fresca

F80 Clasificador

Producto grueso


P80 Producto fino



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24 47

CARGA CIRCULANTE 

F

El cociente entre el flujo de mineral que alimenta al equipo de reducción de tamaño y el flujo de alimentación fresca al circuito, en porcentaje.. G

F

EQUIPO DE REDUCCION DE TAMAÑOS

D

A

A D

CLASIFICADOR

CLASIFICADOR

Q

CC

=

100

F

G

Q

PRODUCTO FINAL G

EQUIPO DE REDUCCION DE TAMAÑOS

CC

=

100

D F


48

2.2 MECANISMOS DE REDUCCION DE TAMAÑO EN CONMINUCION FRACTURA: Es el fraccionamiento de un cuerpo sólido en varias partes. COMPRESION: Es la aplicación de esfuerzos de compresión. Normalmente se produce en máquinas de chancado donde existe una superficie fija y otra móvil, da origen a partículas finas y gruesas. La cantidad de material fino se puede disminuir reduciendo el área de contacto, utilizando superficies corrugadas.



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25 49

MATERIAL FINO

MATERIAL GRUESO

Esquema de acción de esfuerzos de comprensión


50

Acción de compresión



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26 51



Impacto: Es la aplicación de esfuerzos compresivos a alta velocidad. De esta manera la partícula absorbe más energía que la necesaria para romperse. El producto, normalmente, es muy similar en forma y tamaño.

MATERIAL FINO (MENOR QUE EN COMPRESION)


52

Acción de impacto Dr. Patricio Navarro Donoso - Consultor Intercade


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27 53



Cizalle: El cizalle ocurre como un esfuerzo secundario al aplicar esfuerzos de compresión y de impacto. Produce gran cantidad de finos y, generalmente, no es deseable.


54

Efecto de cizalle Dr. Patricio Navarro Donoso - Consultor Intercade


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28 55

ASTILLAMIENTO: La ruptura de cantos de una partícula, ocurrida por la aplicación de esfuerzos fuera del centro de la partícula, genera el mecanismo de astillamiento.

ABRASION : Cuando el esfuerzo de cizalle se concentra en la superficie de la partícula se produce abrasión.


56

Efecto de abrasión Dr. Patricio Navarro Donoso - Consultor Intercade


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29 57

PRINCIPIO

COMPRESION

IMPACTO

COMPRESION - IMPACTO

Trituradora de impacto

Trituradora de mandíbulas Trituradora giratoria Trituradora de cono Trituradora de rodillos

Molino de barras Molino de bolas Molino autógeno Molino semiautógeno

Tipos de equipos de reducción de tamaños en base a los principios de fractura. Dr. Patricio Navarro Donoso - Consultor Intercade

58

ETAPAS DE REDUCCCION DE TAMAÑO 

Las etapas de un proceso de reducción se identifican de acuerdo al diseño desarrollado para el procesamiento del mineral.



Si el mineral requiere una reducción fina, se identifican: • Circuito de molienda convencional (3 etapas de chancado y dos de molienda). • Circuito de molienda unitario (3 etapas de chancado y uno de molienda). • Circuito de molienda semiautógena (una etapa de chancado y dos de molienda).



Si el mineral requiere una reducción gruesa, solo se trabaja con etapas de chancado.



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30 59

ETAPAS DE CHANCADO Convencional 

Trituración primaria: Trata el material que viene de la mina, con trozos máximos de hasta 1,5 m (60 plg), entrega un producto de 15 a 20 cm (6 a 8 plg).



Trituración secundaria: Toma el producto de la trituradora primaria y lo reduce a su vez a un producto de 5 a 8 cm (2 a 3 plg).



Trituración terciaria: Toma el producto de la trituración secundaria y lo reduce a su vez a un producto de 1 a 1,5 cm (3/8 a 1/2 plg) que puede ir a una etapa de molienda (en el caso de sulfuros de cobre) o al proceso de lixiviación (en el caso de óxidos).


60

Las primeras etapas se realizan para facilitar el manejo del material proveniente de la mina. Las siguientes etapas de chancado y molienda, se realizan para separar las especies minerales de interés de la ganga. 

Las partículas están formadas por minerales individuales, se habla de partículas libres.



Si consisten en dos o más especies minerales, se les llama partículas mixtas.



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31 61

ENERGIA Y REDUCCION DE TAMAÑO Desde los primeros años de aplicación industrial de los procesos de conminución al campo de beneficio de minerales, se constató la relevancia del consumo de energía específica como parámetro controlante de la reducción de tamaño y granulometría final del producto, en cada etapa de conminución.


62

CONSUMOS DE ENERGIA Etapa

Sub-etapa

Rango tamaño (solo referencial)

Consumo de energía KWh/t

100 a 10 cm

0,3 a 0,4

Secundario

10 a 1 cm

0,3 a 2

Terciario

1 a 0,5 cm

0,4 a 3

Primario

10 a 1 mm

3a6

Secundario

1 a 0,1 mm

4 a 10

Chancado Primario

Molienda



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32 63

CONSUMO ESPECIFICO DE ENERGIA Se define como la energía que se debe consumir para provocar la fractura de una tonelada del mineral que se procesa, se mide en kWh/t. En forma práctica se calcula como la razón entre el consumo de potencia del circuito de reducción de tamaños (normalmente la potencia consumida por el equipo de reducción de tamaños) en kW y el flujo de alimentación fresca al circuito en t/h:

E

P =

kWh/t

F


64

RELACION ENERGIA CONSUMIDA Y TAMAÑO DE PARTICULA PRODUCIDO En cada etapa de conminución, el consumo de energía específica es un parámetro controlante de la reducción de tamaño y granulometría final del producto. La energía consumida se encuentra estrechamente relacionada con el grado de reducción de tamaño alcanzado por las partículas (según en la etapa que corresponda).



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33 65



Postulado de Bond (3ra ley de la conminución)

La energía consumida para reducir el tamaño 80% de un material, es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de este tamaño, definiéndose el tamaño 80% como la abertura del tamiz (en micrones) que deja pasar el 80% en peso de las partículas.

E

=

 1 10Wi   P80

−

1   F80 

W j es conocido como el Indice de Trabajo de Bond o WORK INDEX que representa el trabajo requerido para reducir el mineral desde un tamaño infinito a 100 mm. Dr. Patricio Navarro Donoso - Consultor Intercade

66

 Postulado de Bond o Work Index

El Wi depende de: • El material (resistencia a la conminución). • El equipo utilizado. • Condiciones de operación. Se determina experimentalmente, a través de un ensayo estándar de laboratorio. 

Wi representa la resistencia del mineral a ser fracturado y se mide en kWh/t.



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34 67 Sólidos Andesita Aceite de esquisto Arcilla Arena de silice Baritina Basalto Bauxita Caliza Carbón de Piedra Carburo de silice Coque Cuarcita Cuarzo Diorita Dolomita Escoria Escoria de cemento Esmeril Esquisito Feldespato Ferro-cromo Ferro-mangneso Ferro-silicona Fluoro natural Gabro Grafito Granito Gravilla

Wi [kWh/ton corta] 18.25 15.84 6.30 14.10 4.73 17.10 8.78 12.74 13.00 25.87 15.13 9.58 13.57 20.90 11.27 10.24 13.45 56.70 15.87 10.80 7.64 8.30 10.01 8.91 18.45 15.13 20.13 43.56

Sólidos Gneiss Hernatita Magnesita Magnetita Materia prima de cemento Mineral de cobre Mineral de estaño Mineral de manganeso Mineral de niquel Mineral de oro Mineral de pirita Mineral de plomo Mineral de plomo-zinc Mineral de potasa Mineral de pyrrhotita Mineral de rutilo Mineral de spodumeno Mineral de titanio Mineral de zinc Molibdeno Pedernal Pizarra Rocka de fosfato Rocka de trapeana Roca de yeso Sienita Silicato de sílice Taconita Vidrio

Wi [kWh/ton corta] 20.13 12.84 11.13 9.97 10.51 12.72 10.90 12.20 13.65 14.93 8.93 11.90 10.93 8.05 9.57 12.68 10.37 12.33 11.56 12.80 26.16 14.30 9.92 19.32 16.06 13.13 13.40 14.61 12.31


68

Las operaciones industriales se realizan generalmente por

equipos

operados

mecánicamente

como:

chancadoras de mandíbula, chancadoras de cono y chancadoras de rodillo. Los mecanismos de chancado se verifican por aplicación de fuerzas de impacto, presión o una combinación de ambos.



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35 69

Las tres etapas clásicas de chancado antes de la molienda Chancado de tres etapas clásicas, previo al ingreso al molino de barras Chancado primario Trituración en seco Chancado secundario o húmedo Chancado terciario


70

Primary crushing

Circuitos de 1 y 2 etapas de chancado antes de la molienda

Primary crushing

Primary grinding

“straight on”

Primary grinding Secondary crushing Primary crushing

SAG Primary grinding

“precrushing of critical sizes”

Secondary crushing

“crushing of critical sizes” from mill dischargue



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36 71

El tamaño final de partículas requerido es logrado por los requerimientos de liberación. Normalmente, el chancado es menos importante que la molienda: El número de etapas de chancado puede ser minimizado. 

El número de etapas depende del tamaño de alimentación a molienda. 


72

2.3 TIPOS, DESCRIPCION Y SELECCION DE CHANCADORAS Los métodos de reducción de tamaños pueden agruparse de varias maneras, pero como la reducción ocurre en etapas, el tamaño de las partículas aporta el método primario de agrupamiento. Si el cuerpo de mineral es de carácter masivo, el minado o extracción es en realidad la primera etapa de reducción de tamaño. Generalmente se realiza con explosivos, aunque pueden usarse medios mecánicos en los minerales más blandos.



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37 73

El término chancado se aplica a las reducciones subsecuentes de tamaño hasta 6mm a 25mm (aprox.), considerándose las reducciones a tamaño más finos como molienda. Tanto el chancado como la molienda pueden subdividirse en etapas primaria, secundaria, terciaria y hasta cuaternaria. Como estas etapas se relacionan con la maquinaria empleada los límites no son rígidos y en cualquier operación puede que no se requieren todos.


74

El chancado es aquella operación unitaria o grupos de operaciones concernientes a la reducción de trozos grandes a fragmentos de rocas, donde las partículas más grandes en el producto van de 1/4" a 3/8". El chancado puede dividirse en: 

Chancado grueso



Chancado fino

↔

↔

Chancador primario

Chancador secundario - terciario



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38 75

La decisión en cuanto a qué tipo de chancador utilizar, dependerá del tipo de material y aplicación que se quiera dar al material. Las chancadoras son clasificadas de acuerdo al tamaño del material tratado, con subdivisiones en cada tamaño y de acuerdo a la aplicación de fuerzas.


76

EQUIPOS UTILIZADOS 

Chancado primario

• Chancadoras giratorias • Chancadoras de mandíbulas • Chancadoras de rodillos 

• • • • •

Chancado secundario Chancadoras de cono Chancadoras de cono cabeza corta Chancadoras de rodillos Chancadoras de martillo Chancadoras de impacto



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39 77

Chancador primario: Fractura la mena de alimentación proveniente de la mina, desde 60" hasta 8" ó 6" de producto. Chancador secundario: Toma el producto del chancador primario y lo reduce en una pasada hasta 3" ó 2" de producto. Chancador terciario: Toma el producto del chancador secundario o chancadores intermedios reduciendo el material bajo 1/2" o 3/8". Dr. Patricio Navarro Donoso - Consultor Intercade

78

CHANCADO PRIMARIO El chancado primario puede ser realizado por un chancador giratorio o un chancador de mandíbula.

Abertura de alimentación de un Chancador Giratorio Dr. Patricio Navarro Donoso - Consultor Intercade


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