instituto superior tecnológico PÚBLICO “José pardo”
PREPARACIÒN Y CONCENTRACI ÒN DE MINERALES Por: SALDAÑA QUISPE Anthony
2011
departamento de metalurgia
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TABLA DE CONTENIDO introduccion............................................................................3 objetivos.................................................................................4 Capítulo I: Preparacion y concentracion de minerales.............5 Introduccion a Preparacion y concentracion.......................3 Operaciones y procesos de concentracion..........................3 Capítulo II: Preparacion de mineral.........................................9 conminucion.......................................................................9 trituracion o chancado......................................................12 tamizado industrial...........................................................19 molienda..........................................................................19 clasificacion......................................................................22 Capítulo III: introduccion a La concentraciòn de minerales....22 concentración concentración concentración concentración
por flotación..............................................24 gravimétrica..............................................27 magnética.................................................29 electrostático............................................39
Capítulo IV: introduccion al espesamiento............................31 Objetivos de los espesadores...........................................31 Capítulo IV: introduccion a La filtración................................32 clasificacion......................................................................32 Glosario.................................................................................33
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INTRODUCCIÓN Cuando el material es extraído de las minas, contiene cantidades variables de sustancias estériles, en la mayoría de los casos hay la necesidad de someterlos a un tratamiento previo de preparación y concentración por medio de la trituración y molienda, luego por cualquier tipo de concentración gravimétrica, flotación, separación magnética, separación electrostática, etc. dependiendo del mineral a tratar. Estas operaciones previas, generalmente no envuelven cambios en la identidad química de los minerales
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OBJETIVOS • Conocer los equipos involucradas en las operaciones de trituración y molienda de minerales con criterio técnico Identificar y evaluar las principales variables y parámetros que influyen en las operaciones de chancado, molienda y clasificación de minerales. Comprender los mecanismos involucrados en la reducción de tamaño de los minerales. • Identificar los principios fundamentales de la concentración de minerales por flotación y gravimetría • Supervisar y controlar con criterio técnico plantas de concentración de minerales • Identificar y evaluar variables operativas en las operaciones de Concentración de minerales • Ejecutar balances de materia en los procesos y operaciones en plantas de flotación
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PREPARACIÒN Y CONCENTRACIÒN DE MINERALES El material que se obtiene de la explotación de una mina está generalmente compuesto de una mezcla de minerales de diferentes especies, algunos de los cuales constituyen el objeto de la explotación, y de material pétreo y sin valor inmediato, constituido por los minerales estériles que se encuentran dentro de un yacimiento mismo (cuarzo, calcita, arcilla, feldespato, dolomita, etc) y roca proveniente de las cajas o paredes que limitan el yacimiento y que por efecto de los disparos se desprenden y es imposible evitar que se junten al mineral. Esta mezcla de sustancias minerales valiosas y estériles, en diversas proporciones, tienen que ser tratadas en alguna forma para separar aquello que no sirve, de los minerales que son útiles; para ello se recurre a las operaciones de preparación (trituración, molienda, clasificación) y concentración de minerales, que permite obtener productos de alto contenido de elementos valiosos, que serán procesados en fundiciones y refinerías para obtener metales ò elementos de alta pureza. Muy raras veces son las minas que obtienen un producto de laboreo que puede ser vendido directamente sin ninguna preparación y concentración previa. Lo corriente es que el minero extraiga el mineral muy sucio, mezclado con sustancias sin valor y de baja ley. Este mineral para ser vendido tiene que ser preparado y concentrado hasta obtener una ley mínima dada, que exigen las fundiciones para que el negocio sea económicamente rentable. Para que funcione adecuadamente cualquiera de los métodos de separación y concentración, es importante que las partículas minerales tengan un grado de liberación apropiada, éste objetivo se obtiene en las etapas de trituración y molienda.
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Las operaciones y procesos de preparación y concentración de minerales pueden ser clasificados en: 1.- Preparación del mineral 2.- Concentración (separación sólido – sólido) 3.- Desaguado (separación sólido – líquido) 4.- Operaciones coadyuvantes de transporte y almacenamiento 1.- PREPARACIÓN DEL MINERAL.- Consiste en operaciones de reducción de tamaño y separación de partículas: 1.1. Trituración. 1.2. Tamizado (en rangos gruesos). 1.3. Molienda. 1.4. Clasificación (en rangos finos), Para liberar los minerales valiosos de los estériles y preparar en un rango de tamaños adecuados (malla 200). 2.- CONCENTRACIÓN.- Es la separación de los minerales valiosos de los estériles, para obtener un alto contenido de la parte valiosa que puede ser comercializado en el procesamiento de las fundiciones. La concentración puede realizarse por cualquiera de los siguientes métodos: 2.1.- concentración por flotación.- Su aplicación se basa en la diferencia entre las propiedades superficiales de las partículas. Es el método mas importante de concentración y tiene aplicación en la obtención de concentrados de sulfuros fundamentalmente, de carbonatos, silicatos, óxidos, fosfatos y carbones. 2.2.- concentración por Gravimetría.- Consiste en la separación sólido – sólido utilizando la diferencia entre las gravedades específicas de los minerales. Se utiliza especialmente en la concentración de minerales de oro, estaño, tungsteno, plata, plomo y otros. 2.3 .- Magnetismo.- Método de concentración que utiliza la diferencia entre las susceptibilidades magnéticas de los minerales, 2.4 .- Electrostática. Se aplica a casos específicos de minerales que pueden ser separados debido a sus propiedades conductoras de electricidad.
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2.5.- Escogido ò pallaqueo.- Es el método más antiguo de concentración y consiste como su nombre lo indica en el escogido a mano ò mediante la ayuda de aparatos, de un mineral valioso aprovechando su diferenciación en color, brillo, fluorescencia, etc de los minerales estériles. 3.- DESAGUADO.- Constituye un conjunto de operaciones de separación sólido – líquido: 3.1. Sedimentación ò espesamiento. 3.2. Filtración y. 3.3. Secado. Que se realizan con la finalidad de eliminar el agua de las pulpas de concentración y relaves originados durante la concentración. 4.- OPERACIONES COADYUDANTES.- Se denomina así a las operaciones de almacenamiento de minerales ò relaves en tolvas ò canchas, al transporte de sólidos en fajas, pulpas impulsadas por bombas a través de tuberías. Constituyen etapas intermedias, reguladores ò de alimentación.
1.- PREPARACIÓN DEL MINERAL 1.1.- COMMINUCIÒN. Se denomina comminuciòn en términos generales a la reducción de trozos grandes a fragmentos pequeños de rocas. La comminuciòn usualmente se lleva a cabo en dos pasos relacionados pero separados, los cuales son: • trituración o chancado y • molienda. 1.1.1. Razones para reducir de tamaño un mineral Lograr la liberación de especies minerales comerciables desde una matriz formada por minerales de interés económico y ganga. Promover reacciones químicas rápidas a través de la exposición de una gran área superficial.
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Para reducir un material con características de tamaño deseables para su posterior procesamiento, manejo y/o almacenamiento. 1.2.- Mecanismos de conminución Generalmente existen tres mecanismos básicos de conminución para reducir el tamaño del mineral los cuales son:
1.2.1. Fractura Es la fragmentación de un cuerpo sólido en varias partes, debido a un proceso de deformación no homogénea. Los métodos de aplicar fractura en un mineral son:
1.2.1.1. Compresión La aplicación de esfuerzos de compresión es lenta. Normalmente se produce en máquinas de chancado en que hay 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. Generalmente usan este método las chancadoras de quijada y las giratorias.
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Fig.1 Esquema de la acción de esfuerzos de compresión 1.2.1.2. Impacto Es la aplicación de esfuerzos comprensivos 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.
Fig.2 Esquema de la acción de esfuerzos De impacto 1.2.1.3. 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.
Fig.3 Esquema de la acción de esfuerzos cizalle
1.2.2. Astillamiento La ruptura de esquicios y cantos de una partícula, ocurrida por la aplicación de esfuerzos fuera del centro de la partícula, genera el mecanismo de astillamiento. 1.2.3. Abrasión Cuando el esfuerzo de cizalle se concentra en la superficie de la partícula se produce abrasión.
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1.1. TRITURACIÓN O CHANCADO El chancado es una operación unitaria o grupo de operaciones unitarias en el procesamiento de minerales, cuya función es la reducción de grandes trozos de rocas a fragmentos pequeños. La chancadora es la primera etapa de la reducción de tamaños, generalmente trabaja en seco y se realiza en dos o tres etapas que son: chancadora primaria, secundaria y ocasionalmente la terciaria. El chancado, se lleva a cabo mediante máquinas que se mueven lentamente en una trayectoria fija y que ejercen presiones inmensas a bajas velocidades, la acción de chancado se aplica sobre la roca por una parte móvil que se acerca y se aleja de una parte fija, el mineral es cogido y presionado entre estas dos partes. Si las deformaciones producidas por las fuerzas aplicadas no exceden el límite elástico del material, entonces no habrá chancado. Por otro lado, si se excede el límite elástico en los puntos donde se aplica la fuerza, se producirán grietas y roturas; las cuales originan que la energía de deformación, fluya hacia la superficie y las grietas se propaguen causando fracturamiento. Una vez que las rocas grandes han sido rotas, los fragmentos caen hacia abajo dentro de la máquina, hasta que son nuevamente cogidas y presionadas por la quijada. Generalmente el equipo usado en la trituración, hace uso combinado de los métodos descritos, donde la naturaleza y dureza del material juega un rol importante. Además ciertas rocas y minerales son más duras que otras y ofrecen por lo tanto una mayor resistencia a la fractura. La importancia del chancado para el procesamiento de minerales, radica es que mediante ella, es posible liberar los minerales valiosos de los estériles y preparar las superficies y el tamaño de las partículas para procesos posteriores de concentración.
1.1.1. CLASIFICACIÒN DE LAS CHANCADORAS Las chancadoras se clasifican de acuerdo al tamaño del mineral tratado que son: 1.1.1.2. Chancadora Primaria.- La cual tritura tamaños enviados directamente de las minas (rocas de un máximo de 60”) hasta un
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producto de 8” a 6”. En este tipo se usan mayormente las chancadoras de: -Trituradoras de Mandíbulas o quijada
Fig.4 De doble efecto ( blake). (Dodge)
Fig.5 De simple efecto.
-Trituradoras Giratorias. Trituradora Allis Chalmers y Trituradora Symons Symons Standard Symons de cabeza corta
Fig.6 trituradora giratorio
fig.7 trituradora giratorio
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1.1.2.1.1. CARACTERÍSTICAS DE LA CHANCADORA DE QUIJADA O MANDÍBULA Podemos mencionar las siguientes características: • •
• •
• •
Abertura grande de recepción La forma de la abertura de recepción, favorece la alimentación de rocas de tamaño grande. Esto le da una ventaja sobre la chancadora giratoria. Las muelas o blindajes pueden invertirse en la quijada y los costos operarios son varias veces menores que las giratorias. La chancadora de quijada manipula alimentación sucia y pegajosa, ya que no existe lugar debajo de la quijada, donde el material se puede acumular y obstruya la descarga. Los mantenimientos de rutina se efectúa más fácilmente en una chancadora de quijada. Los tipos de chancadoras de quijadas son : Chancadora tipo Blacke, Chancadora tipo Dodge y la Chancadora tipo Universal.
1.1.2.1.2. CARACTERÍSTICAS DE LA CHANCADORA GIRATORIA Podemos mencionar la siguiente característica: • La chancadora giratoria se compone fundamentalmente de un tronco de cono recto, donde se coloca el “Mantle” (móvil) que es como una campana y se mueve excéntricamente en el interior de una cámara. Encima del mantle se coloca como una taza llamado Bowl Liner (fija), la trituración del mineral se efectúa en el espacio anular comprendido entre el mantle y el bowl liner. Para regular la salida del mineral se sube o se baja el bowl liner (taza). • La abertura anular de descarga, da lugar a la obtención de un producto más cúbico y homogéneo. • La forma de la abertura de recepción es favorable, para la alimentación de trozos delgados, lisos y llanos. • La longitud de la abertura de recepción combinada con el área grande, minimiza los campaneos o atoros. • La alimentación es mas simple, puede ser alimentada desde por lo menos dos puntos. • El bajo efecto de la volante, minimiza los picos de arranque. • El servicio de las grúas puente, es mas simple que para una chancadora de quijada; una giratoria se puede manipular mediante una sola grúa, mientras que una de quijada necesita una grúa con movimiento en dos direcciones. • La velocidad mayor del eje del piñón, permite el uso de motores de velocidades mayores. • El sistema de lubricación es forma continua, mediante una bomba. 12
1.1.2.1.3 SELECCIÓN DE UNA CHANCADORA PRIMARIA La selección del tipo y tamaño ideal de una chancadora primaria, es un problema de gran importancia para el diseño de una planta de chancado. Generalmente, la chancadora primaria es una de las mas grandes y mas costosas de las unidades de una planta. En la selección se tiene que tener en cuenta los siguientes factores : 1. Las características del material que va a ser chancado; lo cual involucra la clasificación geológica de la roca, su estructura física y su resistencia al chancado; es decir suave, medio duro, duro, muy duro y extremadamente duro. 2. El promedio de capacidad diaria u horaria, las capacidades de las chancadoras deben diseñarse considerando las diferentes interrupciones, fundamentalmente en el transporte del mineral; por eso se considera una capacidad de reversa de 25 a 50 % 3. El tamaño del producto; este tamaño está relacionado con la capacidad. Es usual operar con un radio de reducción tan grande como sea posible. 4. El tipo y tamaño de los equipos del tajo, tienen importancia en la selección del tamaño de la chancadora. Los efectos de la voladura, tamaño de las palas y del transporte. 5. Los arreglos en la alimentación, si no hay una buena alimentación se podrían formar puentes o campaneos, originando costosos retrasos para limpiar los atoros. 1.1.1.3. Chancadora Secundaria.- Que toma el producto de la chancadora primaria y lo reduce a productos de 3” a 2”. En este tipo se usan las chancadoras. - Trituradoras Giratorias 1.1.1.4. Chancadora Terciaria.- Que toma el producto de la chancadora secundaria y lo reduce a fragmentos de 3/4”, 1/2”, 3/8” y 1/4”; los cuales se envían a un molino de barras o bolas según sea el caso. En este tipo se usan las chancadoras de. - Trituradoras Cónicas - Trituradoras de Rodillos.
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1.1.1.4.1 SELECCIÓN TERCIARIAS
DE
CHANCADORAS
SECUNDARIAS
Y
El término chancado secundario es aplicable a la etapa de chancado simple o múltiple, que sigue inmediatamente después de la chancadora primaria, tomando todo o parte del producto de la etapa primaria como su alimentación. El término de chancado terciario, es aplicable a la etapa de chancado que generalmente sigue al chancado secundario. En la selección de las chancadoras secundarias y terciarias, hay tener en cuenta los siguientes factores: a) Capacidad.- La capacidad de una sola unidad secundaria, no tiene que coincidir necesariamente con la capacidad de la chancadora primaria; los arreglos adecuados de separación de finos (cedazos), disminuyen la carga que pasa a la chancadora secundaria. b) Tamaño de Alimentación.- La abertura radial de recepción de la chancadora giratoria, no debe ser menor que tres veces la abertura de descarga en su posición abierta de la chancadora primaria. Por ejemplo, si el producto de la chancadora primaria de quijada fuera 10 pulgadas, entonces la chancadora secundaria giratoria, debería tener una abertura radial no menor que 30 pulgadas. c) Tamaño de Producto.- No existe reglas impuestas para determinar, si en el chancado secundario, debe haber una sola máquina, dos o más máquinas que operen en paralelo. Esta claro que si la abertura de recepción necesaria de una máquina secundaria, requiere la selección de una chancadora cuya capacidad iguala o excede a la de la primaria, los arreglos de dos etapas no son necesarios. El número y tamaño de las chancadoras secundarias, dependerá del tamaño de la primaria, las condiciones de descarga, el tipo y las y condiciones de la secundaria que se va usar. 1.1.1.4.2. FACTORES QUE DETERMINAN EL RENDIMIENTO DE LAS CHANCADORAS. La eficiencia o rendimiento de las chancadoras primaria, secundaria y terciaria se debe a los siguientes factores: A la velocidad de alimentación Al tamaño del mineral que se alimenta A la dureza del mineral A la humedad del mineral Al tamaño del mineral que se reduce
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Al desgaste de los forros A la potencia de trabajo requerido Al control de operación Insuficiente zona de descarga del triturador Falta de control en la alimentación Controles de automatización
a) CÀLCULO DE LA CAPACIDAD DE CHANCADORAS Utilizando las relaciones empíricas de Taggart, podemos calcular la capacidad teórica aproximada. T = 0,6LS
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a
Donde : T = Capacidad de la chancadora en TC/hr L = Longitud de la chancadora en pulgada S = Abertura de set de descarga en pulgadas
L
Pero podemos obtener las siguientes relaciones : A = L x a de donde L = A / a R = a / S de donde S = a / R Ejemplo:
figu.8 abertura de una chancadora
Calcular la capacidad de una chancadora de quijada de 10” x 24”, la abertura de descarga es de 3/4”, el recorrido de la mandíbula móvil 1/2”, la velocidad de la mandíbula es de 300 rpm y el peso específico del mineral es de 2,8. Solución : Podemos aplicar la relación (3) o (4) T = 0,6 x 24 x 3/4 = 10,8 TC / hr Considerando condiciones de operación como: Kc = 0,90 ; Km = 1,0 y Kf = o,80 La capacidad de la chancadora resulta : TR = 10,8 x 0,90 x 1,0 x 0,80 = 7,78 TC / hr TR = 7,78 TC / hr x 0,9072 TM / 1 TC = 7,06 TM / hr
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b) Cálculo Capacidad de las chancadoras giratorias Las chancadoras giratorias se especifican por la abertura o ancho de la boca y la longitud de la circunferencia; es decir axL. Mayormente la denominación de estas chancadoras, es simplemente mencionando ” L”, para calcular su capacidad puede emplearse la fórmula (2) Ejemplo : Calcular la capacidad de una chancadora giratoria de 4”x36” o simplemente de 3', si el set de descarga es de 1/2”. Solución : a = 4,0 pulg L = 36,0 pulg. S = 1/2” = 0,5 pulg. Determinamos el grado de reducción : R = a / S = 4,0 / 0,5 = 8 Calculamos el área de alimentación (A) Sabemos que la longitud de la circunferencia es : L = 2 π r r2
=
L / 2x 3,1416 = 36 / 6,2832 = 5,73
pulg. r1
=
r2 – a = 5,73 – 4,0 = 1,73 pulg.
A1 = 3,1416 x r12 = 3,1416 (1,73)2 = 9,40 pulg.
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A2 = 3,1416 x r22 = 3,1416 (5,73)2 = 103,15 pulg.2 A = A 2 - A1 = 103,15 – 9,40 = 93,75 pulg.2 T = 0,6 x A / R = 0,6x93,75 / 8 = 7,03 TC / hr Considerando las condiciones de operación y utilizando la fórmula (3), tenemos: TR = 7,03 x 0,9 x 0,75 x 0,80 = 3,80 TC / hr TR = 3,80 TC / hr x 0,9072 TM / 1 TC = 3,45 TM / hr
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c) CONSUMO ENERGÉTICO TRITURADO
POR TONELADA DE MINERAL
Ejemplo Calcular el consumo de energía de una chancadora de quijada que trata 30 TC/hr. Los datos obtenidos del motor de la chancadora son los siguientes: Potencia = 120 HP Intensidad = 96,8 Amp. (pràctico) Cos Ф = 0,8 Voltaje = 440 Volts. I. nominal = 120 Amp. (placa) Solución: Calculamos la energía total suministrada empleando la relación (1) P = (440 volt. x 96,8 Amp. x √3 x 0,8) / 1000 = 59,02 Kw Con la relación (2) se calcula el consumo de energía: W = 59,02 Kw / (30 TC/hr) = 1,967 Kw-hr / TC También podemos calcular, el tonelaje máximo que puede tratar la chancadora: Т = ( 0,746 Kw/HP) x 120 HP / (1,967 Kw-hr) / TC Т = 45,51 TC / hr
1.2. TAMIZADO INDUSTRIAL Llamado también cedazo o zaranda se define como la clasificación del material en grupos de tamaño; es decir separar los finos de los gruesos, esto se consigue mediante el zarandeo. El material que pasa a través de la abertura del cedazo, se le llama undersize; mientras que el material remanente sobre la malla se le denomina oversize.
1.3. LA MOLIENDA Los procesos de chancado entregan un tamaño de partículas de 3/8", las cuales deben reducirse aun mas de tamaño hasta alcanzar aproximadamente los 100[μm]. Los aspectos o razones que hacen necesaria esta etapa son: Para alcanzar la adecuada liberación del mineral útil. Incrementar el área superficial por unidad de masa, de tal forma de acelerar algunos procesos físico-químicos. La molienda se produce normalmente en tambores rotativos, los mismos que pueden utilizar los siguientes medios de molienda : El propio 17
mineral (molienda autógena) y medios metálicos(barra o bolas de acero). Los medios de molienda o elementos triturantes deben golpearse entre sì, en esto se diferencia éstas máquinas de las de chancado, en los cuales las superficies triturantes por el mecanismo que las mueve nunca llegan a tocarse. El producto del chancado del mineral, se almacena en la tolva de finos de donde cae por un shute a la faja transportadora que alimenta al molino de barras o bolas. Entre el shute y la faja hay una compuerta para medir la cantidad de mineral que se va tratar en la planta. Las etapas de molienda son: Molienda Primaria (SAG, Barras) Molienda Secundaria (Bolas) Remolienda (Bolas Horizontales y Verticales). 1.3.1. Molino de Barras Este tipo de molino tiene un casco cilíndrico cuya longitud fluctúa entre 1- 1/3 a 3 veces su diámetro. Se utiliza por lo general cuando se desea un producto grueso con muy poco de lama (impurezas). Para tener una adecuada carga de las barras, este contendrá barras de diversos diámetros, desde diámetros grandes hasta aquellas barras que se desgastaron lo suficiente como para ser reemplazadas. Lo usual es cargar inicialmente un molino con barras de diámetros seleccionados. La mayoría de las cargas iniciales contiene barras de 1." a 4" (3,8 a 10,2 cm.) 1.3.1. Molino de Bolas El molino de bolas análogamente al de barras, está formado por un cuerpo cilíndrico de eje horizontal, que en su interior tiene bolas libres. El cuerpo gira merced al accionamiento de un motor, el cual mueve un piñón que engrana con una corona que tiene el cuerpo cilíndrico.
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Fig.10 molino de bolas. La molienda puede, en general, realizarse en seco o en húmedo. 1.3.1.1. Molienda en Seco · Genera granos más finos. · Produce un menor desgaste de los revestimientos y medios de molienda. · Adecuada cuando no se quiere alterar el mineral (ejemplo: sal). 1.3.1.2 Molienda en Húmedo Generalmente se muele en húmedo debido a que: Tiene menor consumo de energía por tonelada de mineral tratado. Logra una mejor capacidad del equipo. Elimina el problema del polvo y del ruido. Hace posible el uso de ciclones, espirales, harneros para clasificar por tamaño y lograr un adecuado control del proceso. Hace posible el uso de técnicas simples de manejo y transporte de la corriente de interés en equipos como bombas, canerias, canaletas, etc
CALCULOS, BALANCES Y CONTROLES EN LA SECCIÓN DE MOLIENDA Cálculo del peso total de bolas y la carga diaria Se calcula el peso total de bolas, utilizando la expresión: W = 80 x D2 x L
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Donde : W = Peso total de bolas en libras(lb) D = Diámetro al interior de revestimientos en pies (ft) L = Longitud del molino en pies (ft) Ejemplo Calcular el peso total de bolas de un molino 7’ x 6’ Solución: Los molinos se designan mencionando el diámetro y la longitud (Dx L) D = 7 ft L = 6 ft Remplazando en (6) W = 80 x (7)2 x 6 = 23520 lbs Para la carga inicial de bolas: Suponiendo que empleamos bolas de 3” de diámetro(Ф) 1 bola de 3”Ф = 1,817 Kg 23520 lbs x (1 bola 3” Ф / 1,817 Kg ) x (1 Kg / 2,2 lbs) = 5883,8 bolas Aproximando Nº de bolas iniciales = 5884 bolas Para la carga diaria de bolas al molino, se tiene que tener los siguientes datos: Mineral tratado en planta = 500 TMS / dìa Factor de consumo de bolas = 0,84 Kg /TMS Peso promedio de 1 bola de 3” Ф = 1,817 Kg (500TMS/día) x (0,84 Kg /TMS) x (1 bola 3”Ф / 1,817 Kg) = 231,15 bolas/dìa Aproximando la carga diaria de bolas de 3” Ф = 231 bolas / día Determinación de la velocidad crítica (Vc) En un molino a una velocidad angular baja, los medios de molienda, se elevan a una cierta altura, junto con el tambor, y luego resbalan o ruedan hacia abajo. Al aumentar la velocidad de rotación a partir de una velocidad llamada crítica, las bolas bajo el efecto de una fuerza centrífuga se adhieren a las paredes internas del molino y giran junto con él sin realizar ningún trabajo de molienda. La velocidad crítica se calcula con la siguiente expresión: Vc = 76,8 / √D (8) Donde : Vc = Velocidad crítica en RPM D = Diámetro entre revestimientos en ft Ejemplo
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Calcular la velocidad crítica del molino de bolas 7’ x 6’ Solución: Reemplazando en la relación (8) Vc = 76,8 / √7 = 76,8 / 2,646 = 29,02 RPM Determinación de la velocidad de operación (Vo) La velocidad de operación se determina en función de la velocidad crítica Para molino de bolas : Vo = 70 - 85 % de la Vc Para molino de barras : Vo = 60 - 75 % de la Vc Para molino auògena : Vo = 75 - 95 % de la Vc Ejemplo Calcular la velocidad de operación del molino de bolas 7’ x 6’ Solución: Vo = 0,85 x 29,02 = 24,67 RPM 25 RPM Vo = 0,70 x 29,02 = 20,31 RPM 20 RPM La velocidad de operación oscila entre 20 a 25 RPM La velocidad de operación es de 22 RPM
1.4. CLASIFICACIÒN Se denomina clasificación, a la separación de un conjunto de partículas de tamaños heterogéneos en dos porciones; es decir finos y gruesos. La clasificación se realiza por diferencias de tamaño y de gravedad especìfica, que originan diferentes velocidades de sedimentación entre las partículas en un fluido (agua). Las operaciones de clasificación se efectúan en diferentes tipos de aparatos, tales como los clasificadores mecánicos (clasificadores helicoidales y de rastrillos) y los hidrociclones. Comúnmente en las plantas concentradoras se denomina al rebose del clasificador o finos con expresión inglesa overflow (O/F) y a la descarga o gruesos como underflow (U/F)
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2.- CONCENTRACIÒN DE MINERALES Es la separación de los minerales valiosos de los estériles, para obtener un alto contenido de la parte valiosa que puede ser comercializado en el procesamiento de las fundiciones. La evaluación técnica de los procesos de concentración de minerales o de sólidos particulados en general se realiza a través de índices mineralógicos como: Recuperación Razón de enriquecimiento Razón de concentración Índice de selectividad Todos estos índices requieren del conocimiento de la ley de las especies para su determinación. Dado que en un proceso de concentración se separan los concentrados, de los estériles y de los mixtos (cuando existen), a partir del alimento; los índices mineralúrgicos son obtenidos a partir de los balances de masa de cada una de las corrientes y/o de los balances de masa para cada una de las especies contenidas en cada corriente del proceso así:
Fig. 10
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2.1.- CONCENTRACIÓN POR FLOTACIÓN El proceso de flotación se puede definir como: “Método de concentración, consiste en la separación selectiva de especies minerales de acuerdo con sus propiedades superficiales de adhesión a burbujas de aire”. Es el proceso más empleado para el tratamiento de minerales que contienen sulfuros metálicos. La flotación es un proceso basado en las propiedades físico-químico superficial de afinidad o rechazo por el agua que tienen los materiales que se desean separar.
Fig.11 En el proceso de flotación participan e interactúan tres fases, tal como se presenta en la figura:
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Fig. 12
2.1.1. PRINCIPIOS DE LA FLOTACIÓN El proceso de flotación se basa en las propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas de los minerales. Se trata fundamentalmente de un fenómeno de comportamiento de sólidos frente al agua. Los metales nativos, sulfuros o especies como el grafito, carbón bituminoso, talco y otros son poco mojables por el agua y se llaman minerales hoidrofóbicos. Por otra parte, los sulfatos, carbonatos, fosfatos, etc. Son hidrofílicos o sea mojables por el agua.
Fig.13 Propiedad hidrofílica e hidrofóbica de los minerales 2.1.2. TIPOS DE FLOTACIÓN Los tipos de flotación en orden cronológico son:
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a) FLOTACIÓN NO SELECTIVA DE ACEITE (BULK OIL FLOTATION) Esta técnica desarrollada en 1860, consistía en mezclar la mena molida con aceite y posteriormente con agua, de tal manera que las partículas del mineral sulfuroso, por sus propiedades superficiales hidrófobas, quedaban retenidas en la fase aceitosa y aquellas partículas que se mojaban en el agua se quedaban en la fase acuosa, de modo que al final del proceso, flotaba una capa de aceite sobre la pulpa, la cual contenía las partículas de mineral sulfuroso que eran separados por decantación y se separaba del aceite por filtración. b) FLOTACIÓN DE PELÍCULA (FILM OR SKIN FLOTATION) En esta técnica, el mineral finamente molido era esparcido cuidadosamente sobre la superficie libre del agua, de modo que las partículas de sulfuro, que se caracterizan por tener propiedades hidrófobas, sobrenadaban en la superficie del agua, formando una delgada película que era removida por medio de algún mecanismo; en cambio la ganga se mojaba y sedimentaba en el fondo del recipiente de agua. Las dos técnicas anotadas anteriormente no tuvieron éxito en su aplicación en la industria por lo que en la actualidad ya no se las usa. c) FLOTACIÓN DE ESPUMA Con la flotación de espuma la separación se la realiza gracias a la adhesión selectiva de partículas hidrófobas a pequeñas burbujas de gas (aire) que son inyectadas al interior de la pulpa. El conjunto partícula-burbuja asciende a la superficie formando una espuma mineralizada, la cual es removida por medio de paletas giratorias o simplemente por rebalse. Las propiedades superficiales de las partículas y las características del medio pueden ser reguladas con ayuda de reactivos. d) FLOTACIÓN DE IONES Con ayuda de reactivos de flotación se precipitan los iones y luego éstos son flotados como en el caso de la flotación de espuma. REACTIVOS USADOS EN LA FLOTACIÓN Los reactivos o agentes de flotación se clasifican en: a) Espumantes; tiene como propósito la creación de una espuma capaz de mantener las burbujas cargadas de mineral hasta su extracción de la máquina de flotación (celdas).
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Fig.13 b) Colectores; es el reactivo fundamental del proceso de flotación puesto que produce la película hidrofóbica sobre la partícula del mineral.
Fig.14 c) Modificadores; actúan como depresores, activadores, reguladores de pH, dispersores, etc. Facilitando la acción del colector para flotar el mineral de valor, evitando su acción a todos los otros minerales como es la ganga
2.2.- CONCENTRACIÓN GRAVIMÉTRICA
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Los métodos de separación gravimétrica se usan para tratar una gran variedad de minerales, que varían desde los sulfuros pesados como la galena (peso específico 7,5) hasta el carbón (p.e. 1,3), y tamaños de partículas en algunos casos por debajo de 50 m. Este método declinó en importancia en la primera mitad del siglo pasado debido al desarrollo de los procesos de flotación, los cuales posibilitaron la concentración selectiva de complejos de baja ley, tal el caso de minerales como los de Bolívar, Porco, etc. Sin embargo, éste se mantuvo como el principal método de concentración de minerales de hierro, tungsteno y estaño. Aunque se han desarrollado técnicas de flotación para la casiterita en las últimas décadas. Con la cual alrededor del 85 % del estaño en el mundo se lo produce por medios gravimétricos. Los métodos gravimétricos son preferidos, pues los costos de operación son menores. Los minerales que pueden ser liberados en tamaños sobre el rango normal requerido para la flotación pueden ser concentrados en forma más económica por métodos gravimétricos. Los métodos gravimétricosse pueden dividir en los siguientes tipos: 2.2.1 MÉTODOS DE CONCENTRACIÓN EN MEDIO DENSO: en estos métodos el medio en el cual se produce la separación tiene una densidad intermedia con respecto a las densidades de las especies que se quieren separar. Existen dos tipos de separadores en medio densos: estático y dinámico. •Los medios densos usados son : líquidos orgánicos, solución de sales en agua, suspensiones de sólidos de granulometría fina en agua. •La separación en medio denso se divide en dos métodos básicos de separación: Estáticos y Dinámicos.
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Fig.15 2.2.2. MÉTODOS DE CONCENTRACIÓN EN CORRIENTES: en estos métodos la densidad del medio es inferior a las densidades de las especies que se quieren separar. Existen diferentes tipos de separación en corrientes : corrientes verticales; corrientes longitudinales (escurrimiento laminar y escurrimiento en canaletas); corrientes oscilatorias; y corrientes centrífugas.
Fig.16
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2.3.- CONCENTRACION MAGNETICA Es un tipo proceso utilizado para concentrar minerales que poseen diferencias en su susceptibilidad magnética, es decir, que responden en forma diferente ante la aplicación de un campo magnético. De acuerdo con su susceptibilidad magnética los minerales pueden ser clasificados como: 1.-Paramagnéticos: Son materiales que experimentan magnetización ante la aplicación de un campo magnético, algunos de ellos son: iImenita (FeTiO3), Hematita (Fe2O3), Pirrotita (Fe11S12). 2.-Ferromagnéticos: Son materiales que experimentan alto paramagnetismo ante la aplicación de un campo magnético, algunos de ellos son el Fe y la magnetita (Fe3O4). 3.-Diamagnéticos: son materiales que repelen el campo magnético, algunos de ellos son el cuarzo (SiO2), Feldespatos (K2O.Al2O3.6SiO2) y dolomitas (Mg,Ca(CO3)). 2.3.1. PRINCIPIO DE LA SEPARACIÓN MAGNÉTICA La selectividad de la separación magnética está determinada por el balance de las fuerzas que interactúan sobre cada una de las partículas a separar, estas son: 1.-Fuerza magnética 2.-Fuerza de gravedad 3.-Fuerza centrífuga 4.-Fuerzas hidrodinámicas 5.-Fuerzas interparticulares (de atracción o repulsión) El Principio de proceso de la concentración magnética es retener todos los objetos que no se pueden concentrar porque son problemas para el conjunto de operaciones unitaria en una planta concentradora la cual influye que el mineral de mina este compuesto de minerales y objetos como barreno de hierro clavos partícula metálicas que tengan estructuras solidas la cual no son
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dables para la concentración de cuyas composiciones por lo que se presentan en forma solida y compacta.
2.3.2. PROCESOS DE SEPARACIÓN MAGNÉTICA Dada la influencia de la susceptibilidad magnética en la magnitud de las fuerzas que interactúan sobre cada una de las partículas a separar, se han desarrollado dos procesos de separación magnética: 1.-Separación de baja intensidad 2.-Separación de alta intensidad Los cuales a su vez pueden ser llevados a cabo bajo diferentes condiciones (Seco o en húmedo) a alta o baja velocidad, con el fin de promover la acción de algunos de los tipos de fuerzas, sobre cada una de las partículas. a) SEPARACIÓN DE BAJA INTENSIDAD Este tipo de proceso se utiliza para separar especies ferromagnéticas o paramagnéticas, de las especies diamagnéticas. Dado que la fuerza de magnetización que se produce sobre cada una de las especies magnéticas (ferromagnéticas o paramagnéticas) es tan alta, se requiere que sobre las partículas actúen fuerzas como las hidrodinámicas y la fuerza centrífuga, adicional a la fuerza de gravedad, con el fin de obtener un proceso suficientemente selectivo. Por tal razón este proceso generalmente se realiza en medio húmedo y en equipos de tambor rotatorio. La intensidad de campo magnético (a 5 cm de la superficie del tambor) generalmente es de 0,05 T. b) SEPARACIÓN DE ALTA INTENSIDAD
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Este proceso generalmente se utiliza para separar especies paramagnéticas de especies diamagnéticas. Dado que la fuerza magnética que experimentan las partículas paramagnéticas generalmente es débil, este proceso suele realizarse en seco y en equipos no rotativos, con el fin de evitar las fuerzas hidrodinámicas y la fuerza centrífuga, sin embargo, cuando la especie magnética experimenta un paramagnetismo alto, el proceso puede llevarse a cabo en medio húmedo. La intensidad de campo (a 5 cm de la superficie del tambor) generalmente es de 2 T.
2.4.- CONCENTRACIÓN ELECTROSTÁTICO La separación electrostática es aplicada como un proceso de concentración sólo a un pequeño número de minerales, sin embargo, donde ella se aplica, es altamente exitosa. Es frecuente combinarla con separación gravimétrica y magnética para tratar minerales no sulfuros. La mayor aplicación de la separación electrostática ha sido en el procesamiento de arenas de playa y depósitos aluviales conteniendo minerales de titanio. Hay pocas plantas de tratamiento de arenas de playa en el mundo, que no usan la separación electrostática para separar rutilo e ilmenita de zircón y monacita. Los sistemas de separación electrostática contienen a lo menos cuatro componentes: Un mecanismo de carga y descarga. Un campo eléctrico externo. Un sistema que regule la trayectoria de las partículas no eléctricas.
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Un sistema de colección para la alimentación y productos.
Fig. 19
3.- ESPESAMIENTO Se denomina espesamiento o espesaje a la operación de separar, mediante el mecanismo de sedimentación, parte del agua de una suspensión, de modo de obtener por una parte, una pulpa de mayor concentración de sólidos en la descarga (underflow) y por la otra, un flujo de agua clara (overflow). Objetivos de los espesadores: Aumentar la concentración de sólidos de la pulpa de la corriente de alimentación hasta un 60%. En la clarificación retirar los sólidos de la corriente de alimentación eliminando aproximadamente un 90% del líquido que contenía en la etapa anterior.
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El concepto de sedimentación de partículas en suspensión es fundamental en la operación de espesaje, por cuanto es la base de este proceso. Se analizará en primer lugar, las principales características de las fuerzas de sedimentación que participan en la decantación de partículas sólidas. Una partícula sólida, aislada, en un fluido de menor densidad, tiende a caer aumentando su velocidad hasta llegar a una velocidad de equilibrio entre las fuerzas de gravedad y las fuerzas de resistencia del fluido. Esta velocidad de equilibrio se denomina velocidad de sedimentación.
4.- FILTRACION La filtración es la separacion de particulas de un fluido haciendo pasar dicha mezcla o solucion por un tabique permeable denominado "medio filtrante", "filtro" o "septum" a través del cual pasa el fluido quedando retenidas las particulas a separar, formando por lo general la llamada "torta", "residuo" o "cake". Este método de separacion mecánica ha encontrado desde tiempos inmemoriales una amplia aplicación práctica en la vida del ser humano. Sin dudas, los primeros "filtros" empleados por el hombre fueron sus propias manos. 4.1. CLASIFICACION Si analizamos la variación de la presión y el flujo de filtrado, el proceso de filtracion podríamos clasificarlo en:
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4.1.1. Filtración a presión constante. La diferencia de presión aplicada al equipo se mantiene invariable durante todo el proceso de filtración. 4.1.2. Filtración a flujo constante. Manipulando adecuadamente el equipo se mantiene constante el flujo de filtrado durante la operación de filtración. · Desde el punto de vista de la dirección relativa del flujo de alimentación respecto al medio filtrante, la filtración puede ser: a) Transversal: cuando todo el flujo de alimentación atraviesa el medio filtrante quedando las particulas retenidas sobre la superficie del medio. b) Tangencial: También denominada "filtración inercial" o "filtración de flujo cruzado”, cuando la diferencia de presión ejercida hace que parte del flujo de la alimentación atraviese el medio filtrante y el resto de dicho flujo, fluya tangencialmente a la superficie del septum, arrastrando continuamente las particulas que pudieran depositarse, reincorporándolas a la alimentación. · Teniendo en cuenta el tamaño de las particulas a separar la filtración puede clasificarse en: - Filtración gruesa. - Filtración fina. - Micro filtración.
- Ultrafiltración. - Nano filtración. - Hiperfiltracion
TERMINOLOGÍA Y CONCEPTOS GENERALES En general no se dispone de un término completamente satisfactorio para describir el tratamiento mecánico de minerales el que también se le denomina Mineralurgia, Ingeniería de Minerales, Tecnología de Minerales, Beneficio de Minerales, Preparación Mecánica de Minerales, etc. Nosotros adoptaremos la denominación de “Tratamiento Mecánico de Minerales”. Mineral.- En minería mineral, es el producto de la explotación de una mina, ya sea que este producto tenga o no valor comercial. El mineral está constituido por la mena (parte valiosa) y la ganga (parte estéril o inservible).
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Mena.Está constituida por especies mineralògicas valiosas y cuyo aprovechamiento constituye el motivo fundamental de la explotación minera. Ganga.Está constituida casi siempre por especies minerales terrosas ò pétreas, principalmente cuarzo. La ganga también puede estar constituida por ciertos minerales metálicos sin valor como la Pirita, Mispickel, etc. y otros que son perjudiciales, como la Arsenopirita, Rejalgar, Oropimente, Estibina, etc. Diagrama de Flujo(Flowsheet).Muestra satisfactoriamente la secuencia de las operaciones en la planta. En su forma mas simple, se presenta como un diagrama de bloques en el cual se agrupan todas las operaciones de un solo carácter. Cabeza.- Es el mineral bruto que se alimenta a la planta de tratamiento o beneficio. Concentrado.- Es el material valioso que se obtiene por el procedimiento de concentración empleado y que contiene la mayor parte de la especie mineralògica valiosa. Relave.- Es la parte sin valor que sale del tratamiento, está constituido fundamentalmente por ganga y lleva consigo algo de mena. Mixtos o Intermedios.- Son productos intermedios sobre el que no se ha podido realizar una buena separación de la mena y la ganga y que necesariamente debe ser sometido a un tratamiento adicional. Ley.- La Ley indica el grado de pureza que tiene el producto o el minera Ejemplo: Mineral de cabeza con 5% de plomo. Ley : 5% de plomo, Concentrado de plomo con 60% de plomo. Ley : 60% de plomo y Relave final con 0.7 % de plomo. Ley : 0.7% de plomo. Liberar.- Quiere decir reducir las partículas a tamaños bien pequeños, de tal manera que cada parte valiosa o sulfuro se encuentre separado o libre de otro elemento. Esto lo podemos experimentar, tomando un trozo de mineral y chancándolo con un martillo hasta reducirlo a una arena fina.
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Grado de Reducción.- Es la relación entre la alimentación y el producto de una máquina de trituración Pulpa.- Mezcla de mineral molino mas agua. Mineral Rico.- Se llama así, al mineral de primera calidad o al mineral de “veta madre” que contiene gran cantidad de la parte valiosa o sulfuros y muy poca ganga o material estéril. Mineral Pobre.- Es aquél que contiene pequeñas cantidades de la parte valiosa y gran cantidad de material estéril.
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