INTRODUCCIÓN Las operaciones de concentración de minerales en ciertos casos requieren de una preparación preparación previa de los minerales, la cual se realiza en equipos especiales de trituración trituración.. Sin embargo, estas operaciones no solamente consistirán en reducir de tamaño la roca mineral, sino que será necesario obtener la granulometría granulometría a la cual se logre la liberación de la especie mineral. En este modulo se revisar revisaráá los equipos de trituración primarios y secundarios, así como algunos circuitos de chancado. De igual manera se revisarán los conceptoss básicos de los mecanismos involucrados concepto involucrados en dichas operaciones.
OBJETIVOS Revisar
los conceptos fundamentales de los mecanismos de chancado.
operativas relacionadas con las Identificar variables operativas
operaciones operacion es de trituración y
su influencia en la eficiencia de los equipos.
Reconocer
minerales.
los mecanismos involucrados en la fracturación de las rocas
¿QUÉ ES LA CONMINUCIÓN? Conminución es un término general utilizado para indicar la reducción de tamaño de un mineral y que puede ser aplicado sin importar el mecanismo de fractura involucrado. El rol de la conminución y de las operaciones unitarias relacionadas a ella es de gran importancia. Esto es especialmente cierto en términos de los costos de operación, ya que estos procesos unitarios representan la mayor fracción de los costos totales en el procesamiento de minerales.
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.
Para
reducir un material con características de tamaño deseables para su posterior procesamiento, manejo y/o almacenamiento.
Para
satisfacer requerimientos de mercado en cuanto a especificaciones de tamaños particulares en el producto.
ETAPAS BÁSICAS DE CONMINUCIÓN
MAQUINARIAS Y REDUCCION DE TAMAÑOS
LA LIBERACIÓN Cuando las partículas de una mena están formadas por los minerales, se habla de partículas libres; cuando ellas consisten de dos o más especies minerales se les llaman partículas mixtas. El grado de liberación de una especie mineral particular es el porcentaje de partículas individuales de ese mineral que ocurren en forma libre o mixta. La Liberación es la separación de los componentes minerales de la mena
CAUSAS DE LA SEPARACIÓN O FRACTURA EN MATERIALES
FACTORES QUE DETERMINAN QUE UN MINERAL SEA PROCESADO POR VIA SECA O HUMEDA Características físicas y
subsecuente utilización o requerimientos de proceso.
Efecto
del material en el equipo de molienda, tales como, abrasión, corrosión y compactación en la zona de molienda.
Forma, distribución de tamaños y Consideraciones
calidad del producto deseado.
económicas, condiciones climáticas, disponibilidad de agua, factores ambientales y de seguridad, tales como, ruidos, polvos y vibración excesiva.
MECANISMOS DE CONMINUCIÓN Los minerales poseen estructuras cristalinas y sus energías de unión se deben a los diferentes tipos de enlace que participan en la configuración de sus átomos. Estos enlaces interatómicos son efectivos sólo a corta distancia y pueden ser rotos por la aplicación de esfuerzos de tensión o compresión. Para desintegrar una partícula se necesita una energía menor que la predicha teóricamente, debido a que todos los materiales presentan fallas que pueden ser macroscópicas (grietas) o microscópicas.
Se ha demostrado que estas fallas son sitios en que se concentran los esfuerzos aplicados. Las grietas se activan aumentando la concentración de esfuerzos, que causan su propagación, produciendo la desintegración de la partícula.
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: Compresión. Impacto. Cizalle. Astillamiento. Abrasión.
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.
Esquema de la acción de esfuerzos de compresión
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.
Esquema de la acción de esfuerzos de impacto
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.
Esquema de la acción de esfuerzos cizalle.
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. Abrasión: Cuando el esfuerzo de cizalle se concentra en la superficie de la partícula se produce abrasión.
RELACIONES ENERGÍA-TAMAÑO DE PARTICULA En términos generales, la energía consumida en los procesos de conminución se encuentra estrechamente relacionada con el grado de reducción de tamaño alcanzado por las partículas en la etapa correspondiente. Por otro lado, se ha logrado demostrar que en las etapas de chancado y molienda convencional, la energía mecánica suministrada al equipo de conminución supera entre 10 a 100 veces el consumo teórico de energía requerida para crear nuevas superficies, es decir, menos del 10% del total de energía entregada al equipo de conminución es efectivamente empleada en la fragmentación de las partículas.
Rango de aplicación de cada una de las etapas de reducción de tamaños
Es importante establecer correlaciónales confiables entre la energía específica, kWh/t consumida en un proceso de conminución y la correspondiente reducción de tamaño alcanzada en dicho proceso, a objeto de determinar la eficiencia energética de los respectivos equipos, facilitar su propia elección y proyectar su correcto dimensionamiento a escala industrial.
CHANCADO El diseño de las máquinas de reducción de tamaño cambia marcadamente a medida que cambia el tamaño de las partículas. Virtualmente en todas las máquinas las fuerzas de fractura son aplicadas por compresión o impacto. Los productos en cada caso son similares y la diferencia entre las máquinas está asociada principalmente con los aspectos mecánicos de aplicación de la fuerza a los varios tamaños de partículas.
Cuando la partícula es grande, la energía para fracturar cada partícula es alta aunque la energía por unidad de masa es pequeña. A medida que disminuye el tamaño de la partícula, la energía por unidad de masa necesaria para fracturarla aumenta con mayor rapidez. Consecuentemente, Consecuentemente, las chancadoras chancadoras tienen que ser grandes y estructuralmente fuertes mientras que los molinos deben ser capaces de dispersar energía sobre una gran área.
CHANCADORAS El chancado es la primera etapa de la reducción de tamaño. Generalmente es una operación en seco y usualmente se realiza en dos o tres etapas, existiendo en algunos casos hasta cuatro etapas. El chancado se realiza mediante máquinas pesadas que se mueven con lentitud y ejercen presiones muy grandes a bajas velocidades. La fu fuer erza za se ap aplilica ca a lo loss tr tro ozos de roc ocaa me medi dian ante te un unaa su supe perf rfic icie ie mó móvi vill o mand ma ndíb íbul ulaa qu que e se ac acer erca ca o al aleja eja al alte tern rnat ativ ivam amen ente te de ot otra ra su supe perf rfic icie ie fi fija ja capturando la roca entre las dos. Una vez que la partícula grande se rompe, los fragmentos se deslizan por gravedad hacia regiones inferiores de la máquina y sometidas de nuevo a presiones, sufriendo fractura fractura adicional.
CHANCADO Chancado es aquella operación unitaria o grupos de operaciones concernientes concernientes a la reducción de trozos grandes de rocas hasta fragmentos, donde las partículas más grandes en el producto son del orden de 1/4" a 3/8". En general, el chancado puede dividirse en chancado grueso y fino: Chancado grueso
--------- Chancador primario.
Chancado fino -------------
Chancador Secundario, Secundario, Terciario. Terciario.
TIPO DE CHANCADORES Chancadoras comunes: 1. Chancadoras de mandíbula. 2. Chancadoras de cono.
Otros: 3. Chancadoras de Impacto. 4. Chancadoras de rodillo.
EQUIPOS UTILIZADOS CHANCADO PRIMARIO ◦ Chancadores Giratorios. ◦ Chancadores de Mandíbulas ◦ Chancadores de Rodillos. CHANCADO SECUNDARIO ◦ Chancadores de Cono. ◦ Chancadores de Cono Cabeza Corta. ◦ Chancadores de Rodillos. ◦ Chancadores de Martillo. ◦ Chancadores de Impacto.
En el chancado primario de minerales se utiliza principalmente chancadoras de mandíbula o giratorias. En el chancado secundario, chancadoras de cono. Mientras que en el chancado terciario se utilizan casi universalmente chancadoras de cono. Alternativamente, cuando existe chancado cuaternario, las chancadoras utilizadas son de cono.
CHANCADO DE MINERALES • Trituración primaria:
Trata el material que viene de la mina, con trozos máximos de hasta 1,5 m (60 pulg.), 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).
Las etapas de un proceso de reducción de tamaño se definen de acuerdo al proceso posterior al que será sometido el 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 Si el
dos de molienda).
mineral requiere una reducción gruesa, sólo se trabaja con etapas de chancado.
CIRCUITOS DE 1 Y 2 ETAPAS DE CHANCADO ANTES DE LA MOLIENDA
CHANCADORAS PRIMARIAS Las chancadoras primarias se caracterizan por una aplicación de fuerza con baja velocidad a partículas que se ubican entre dos superficies o mandíbulas casi verticales, que son convergentes hacia la parte inferior de la máquina y que se aproximan y alejan entre sí con un movimiento de pequeña amplitud que está limitado para evitar el contacto entre mandíbulas. Giratorias Mandíbulas
CHANCADORAS GIRATORIAS son usadas primordialmente para chancado primario, aunque se fabrican unidades para reducción más fina que pueden usarse para chancado secundario. La chancadora giratoria, consiste de un largo eje vertical o árbol que tiene un elemento de molienda de acero de forma cónica, denominada cabeza el cual se asienta en un mango excéntrico.
El árbol está suspendido de una araña y a medida que gira, normalmente entre 85 y 150 r.p.m., describe una trayectoria cónica en el interior de la cámara de chancado fija, debido a la acción giratoria de la excéntrica. Al igual que en la chancadora de mandíbula, el movimiento máximo de la cabeza ocurre cerca de la descarga.
Esto tiende a aliviar el atorado debido al hinchamiento y la máquina trabaja bien en chancado libre. El árbol esta libre para girar en torno a su eje de rotación en el mango excéntrico, de modo que durante el chancado los trozos de roca son comprimidos entre la cabeza rotatoria y los segmentos superiores del casco y la acción abrasiva en dirección horizontal es despreciable.
En cualquier sección cuadrada de la máquina hay en efecto dos sets de mandíbulas, abriéndose y cerrándose. Debido a que la chancadora giratoria chanca durante el ciclo completo, su capacidad es mayor que la de una chancadora de mandíbulas de la misma boca y generalmente se prefiere en aquellas plantas que tratan tonelajes grandes de material. En minas que tienen capacidades giratorias.
Las chancadoras giratorias grandes, frecuentemente trabajan sin mecanismos de alimentación y se alimentan directamente por camiones. Si la alimentación contiene demasiados finos puede que haya que usar un grizzly. Esto reduce el costo de la instalación y reduce la altura desde la cual cae el mineral, minimizando así el daño a la araña de centrado.
El casco exterior de la chancadora es construido de acero fundido o placa de acero soldada. El casco de chancado está protegido con revestimientos o cóncavos de acero al manganeso o de fierro fundido blanco (Ni - duro) reforzado. Los cóncavos están respaldados con algún material de relleno blando, como metal blanco, zinc o cemento plástico, el cual asegura un asiento uniforme contra la pared. La cabeza está protegida con un manto de acero al manganeso. El manto está respaldado con zinc, cemento plástico o más reciente, con resina epóxica. El perfil vertical con frecuencia tiene forma de campana para ayudar al chancado de material que tiene tendencia al atorado. El mango excéntrico, en el cual calza el árbol está hecho de acero fundido con revestimientos reemplazables de bronce.
TAMAÑO DE LAS CHANCADORAS GIRATORIAS El tamaño de las chancadoras giratorias se especifican por la boca (ancho de la abertura de admisión) y el diámetro del manto, como. Así, una chancadora giratoria de 42 x 65 pl., tendrá un ancho de admisión de 42 plg. Y un manto de 65 plg. de diámetro. El ángulo de mordida es este tipo de chancadora normalmente es mayor que al de mandíbulas, generalmente 25º.
CHANCADORAS DE MANDÍBULAS Consta de un marco o caja, robusto de acero fundido o similar, con una cámara de chancado en un lado, formada por una mandíbula fija (hacia el extremo) y una mandíbula móvil (más hacia el interior) ambas revestidas con “liners” reemplazables de desgaste de una aleación de alta resistencia al impacto y a la abrasión
La mandíbula móvil es impulsada por un poderoso mecanismo excéntrico que ejerce una presión elevada sobre los trozos de mineral hasta exceder su límite de ruptura como se verá, los trozos de mineral se trituran en realidad según grietas preexistentes.
CHANCADORES DE MANDIBULAS Los chancadores de mandíbulas son equipos dotados de 2 placas o mandíbulas, en los que una de ellas es móvil y presiona fuerte y rápidamente a la otra, fracturando el material que se encuentra entre ambas. Según el tipo de movimiento de la placa móvil, estos chancadores se clasifican en los siguientes tipos: a) Blake. b) Dodge. c) Universal.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
CHANCADORA DE MANDIBULAS
TAMAÑO DE LA CHANCADORA El tamaño de la chancadora se expresa de acuerdo al área de entrada, es decir, la distancia entre las mandíbulas en la abertura de alimentación que se denomina boca y el ancho de las placas (longitud de la abertura de admisión). Una chancadora de 30 ’’ x 48’’ tendrá una boca de 30 plg. Y un ancho de placas de 48 plg. Al seleccionar la chancadora apropiada para mineral de un cierto grosor, debe procurarse que la dimensión mayor de los trazos no debe sobrepasar el 80% de la distancia entre quijadas. La regulación de la abertura de descarga o “setting ” de la máquina, se efectúa reemplazando el “toggle”.
Otros detalles constructivos son visibles debiendo acentuarse la importancia de la lubricación que debe ser automática. También se destaca la calidad y el perfil de los revestimientos o “corazas” de las mandíbulas fija y móvil, que son normalmente de una buena aleación de acero autentico al Mn (12-14% Mn y a veces hasta 2% Cr).
Su diseño será tal, que se mantenga el ángulo óptimo de ataque; por ejemplo, el ángulo con que se produce la compresión de las quijadas para “atrapar” y forzar las partículas de mineral a descender por la cámara de chancado para ser fracturado. El ángulo de ataque más frecuente varía entre 19 y 25 grados, dependiendo tanto de la naturaleza del mineral como del estado de desgaste de las corazas. Además, las corazas pueden ser planas o corrugadas y reversible (o de 2 usos) o irreversibles (1 solo uso).
COMPARACION ENTRE CHANCADORAS PRIMARIAS
CHANCADORAS SECUNDARIAS Y TERCIARIAS Las chancadoras secundarias son más livianas que las máquinas primarias, puesto que toman el producto chancado en la etapa primaria como alimentación. El tamaño máximo normalmente será menor de 6 ú 8 plg. de diámetro y, puesto que todos los constituyentes dañinos que vienen en el mineral desde la mina, tales como trozos metálicos, madera, arcilla y barro han sido ya extraídos, es mucho más fácil de manejar. Las chancadoras secundarias también trabajan con alimentación seca y su propósito es reducir el mineral a un tamaño adecuado para molienda o chancado terciario si el material lo requiere. Las chancadoras usadas en chancado secundario y terciario son esencialmente las mismas, excepto que para chancado terciario se usa una abertura de salida menor.
CHANCADORA DE CONO La chancadora de cono es una chancadora giratoria modificada. La principal diferencia es el diseño aplanado de la cámara de chancado para dar alta capacidad y alta razón de reducción del material. El objetivo es retener el material por más tiempo en la cámara de chancado para realizar mayor reducción de éste en su paso por la máquina. El eje vertical de la chancadora de cono es más corto y no está suspendido como en la giratoria sino que es soportado en un soporte universal bajo la cabeza giratoria o cono.
Las chancadoras de cono se especifican por el diámetro del revestimiento del cono. Los tamaños pueden variar desde 2 hasta 10 pies y tienen capacidades de hasta 3000 tac/h para aberturas de salida de 2 1/2 plg. La amplitud de movimiento de una chancadora de cono puede ser de hasta 5 veces la de una chancadora primaria que debe soportar mayores esfuerzos de trabajo. También operan a mucha mayor velocidad.
El material que pasa a través de la chancadora está sometido a una serie de golpes tipo martillo en vez de una compresión lenta como ocurre con la cabeza de la chancadora giratoria que se mueve lentamente.
La acción de la alta velocidad permite a las partículas fluir libremente a través de la chancadora y el recorrido amplio de la cabeza crea una gran abertura entre ella y el casco cuando está en la posición completamente abierta. Esto permite que los finos chancados sean descargados rápidamente, dejando lugar para alimentación adicional.
SECCION DE UNA CHANCADORA DE CONO
CHANCADORES DE RODILLO Chancado terciario: ◦ 2 rodillos fijos. ◦ Rodillos dentados.
DISEÑO DE DIENTES PARA CHANCADORES DE RODILLO
CIRCUITOS DE CHANCADO
Criterios de Operación Durante los procesos de operación del área de Chancado se sigue un protocolo de arranque. Este protocolo debe respetar la integridad de los trabajadores y los equipos, así como el de la operación. Desarrollo de protocolo estándar: - Ubicación de cada operador dentro del área de Chancado. - Activar sirenas de encendido. - Arrancar sistema de dosificación de lubricante para los equipos. - Encendido de equipos. - Encendido de Fajas transportadoras.
Diferencias entre chancadoras
Tomando en cuenta estas diferencias podemos diseñar nuestro circuito de chancado en función a la necesidad del tratamiento de nuestro mineral, también al tamaño deseado para disponer al área de Molienda.
Ejemplo Práctico Estimación de consumo de energía en chancadoras
La potencia requerida para el chancado de un tamaño determinado hasta la granulometría deseada, se puede calcular en forma aproximada por la fórmula de Bond:
Supongamos que Wi = 15 KWH/TC, F80 = 50 cm = 500 000 um, P80 = 7,5 cm. = 75 000 um; entonces: W = 150(3.65/1000 – 1,41 / 1000) = 0.34 KWH / TC
Si el tonelaje horario llegara a 500 TC/h, la potencia requerida sería (sin incluir pérdidas de transmisión): 500 * 0,34 = 170 KW
Evaluación de diseño, parámetros y optimización Indice de chancabilidad en las chancadoras primaria y secundaria: Chancadora Traylor Voltaje
: 440 volt.
I real
: 20Amp.
I nom.
: 70 Amp.
Cos
: 0.90
Hp instalado : 60 HP = 45 Kw F80
: 160480 um
P80
: 51650 um
Rr
: 3.1
E nerg ía Suminis trada: P = (0.44)(20)(1.73)(0.90) = 13.7 Kw
Tonelaje: T = 31.92TMH x (TC/0.9078TM) =35.16 TCH
Consumo de Energ ía : W = P/T = 13.7Kw/ 35.16 Tc/h = 0.389 Kw-hr/ Tc
Work Index : Wi = W / ( 10/(P80)1/2 – 10/ (F80)1/2 ) = 0.389 / (10/ (51650)1/2 – 10/ (160480) 1/2 ) = 20.2 Kw-hr/TC Wi (Traylor) = 20.2 Kw-hr/TC
Chancadora Symons : Voltaje
: 440 volt.
I real
: 70Amp.
I nom.
: 260 Amp.
Cos
: 0.90
Hp instalado : 150 HP F80
: 60000 um
P80
:10300 um
Rr
:5.8
Energía Suministrada :
P = (0.44)(70)(1.73)(0.90) = 48.0 Kw
Tonelaje: T = 44.9TMH x (TC/0.9078TM) =49.46 TCH
Consumo de Energ ía : W = P/T = 48.0Kw/ 49.46 Tc/h = 0.97 Kw-hr7 Tc
Work Index : Wi = W / ( 10/(P 80)1/2 – 10/ (F80)1/2 ) = 0.389 / (10/ (10300)1/2 – 10/ (60000)1/2 ) = 16.8 Kw-hr/TC Wi (Symons) = 16.8 Kw-hr/TC
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO CHANCADORA PRIMARIA TRAYLOR MALLA
ABERTURA
10
254000
2
ALIM.
PRODUCTO
MALLA
ABERTURA
100
3 1/2
88900
100
50800
49
2
50800
77.2
1 1/2
38100
38.7
1 1/2
38100
73
1
25400
30.9
1
25400
66
.3/4
19000
26.7
.3/4
19000
58.9
.1/2
12700
23.1
.1/2
12700
52.2
.1/4
6350
16.9
.1/4
6350
39.8
TRAYLOR
TRAYLOR
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO CH. SECUNDARIA SYMON`S ALIMENTO
PRODUCTO
SYMON`S
SYMON`S
MALLA
ABERTURA
3
76200
100
2
50800
68.2
1 1/2
38100
57.1
1
25400
46.5
100
.3/4
19000
35
97.8
.1/2
12700
16.1
87.1
.1/4
6350
3
40.8
A nális is de cas os SECCION CHANCADO – Planta de Beneficio U.E.A. Antapite
El mineral de mina es alimentado a la tolva de gruesos de 200 TM de capacidad. El circuito cuenta con una chancadora de quijadas Traylor 15”x30” y una chancadora cónica Symons de 4 ¼’ en circuito cerrado con una zaranda Simplicity 5’ x 14’ de doble piso con mallas autolimpiantes de 5/8” de abertura en slot que permite obtener un producto pasante de 95% -3/4”, la cual es almacenada en la tolva de finos de 500 TM de capacidad.
Análisis Granulométrico del Circuito Tamaño
% Peso
Partícula
Descarga Ch.
Descarga Ch.
Alimento
Pasante de
(Malla)
Traylor
Symons
Zaranda
Zaranda
Simplicity
Simplicity
-3” +1”
47.2
2.7
25.1
0.0
-1” +3/4”
7.5
12.3
11.3
5.8
-3/4” +1/2”
8.0
28.3
15.6
24.6
-1/2”
37.3
56.7
48.0
69.6
Esquema de la sección:
