Universidad Mayor de San Andrés
Instituto de Investigaciones en Metalurgia y Materiales
UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES
FACULTAD DE INGENIERIA CARRERA DE INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES INSTITUTO DE INVESTIGACIONES EN METALURGIA Y MATERIALES
TECNOLOGÍA DE LA CONCENTRACIÓN CENTRIFUGA
AUTOR:
ING. ARMANDO ALVAREZ Q. SEPTIEMBRE DE 2006
LA PAZ - BOLIVIA
Tecnología de la Concentración Centrifuga
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INDICE GENERAL Pag. 1. 2. 3. 4.
GENERALIDADES DE LA CONCENTRACIÓN POR GRAVEDAD GENERALIDADES DE LA CONCENTRACION CENTRIFUGA CONCENTRACION CENTRIFUGA TIPOS DE EQUIPOS CONCENTRADORES CENTRIFUGOS 4.1 CENTRÍFUGAS DE LECHO SEDIMENTADO 4.1.1. CENTRIFUGADOR CHINO 4.1.2. CENTRIFUGADOR GEKKO 4.2. CENTRIFUGAS DE LECHO FLUIDIZADO 4.2 1. CONCEPTO TEORICO DE LA CONCENTRACION EN LECHO FLUIDIZADO 4.2.2. CENTRIFUGA KNELSON 4.2.2.1. VENTAJAS 4.2.2.2. RESULTADOS OBTENIDOS CON LA CENTRIFUGA KNELSON 4.2.2.3. CARACTERISTICAS TECNICAS DE LOS EQUIPOS KNELSON 4.2.2.4. DIAGRAMAS DE FLUJO 4.2.3. CENTRIFUGA FALCON 4.2.3.1. GENERALIDADES 4.2.3.3. CARACTERISTICAS DEL CENTRIFUGADOR FALCON 4.2.3.4. MODELOS DEL CONCENTRADOR FALCON 4.2.3.5 VARIABLES DE OPERACIÓN 4.2.3.6. APLICACIÓN 4.2.3.7. RESULTADOS OBTENIDOS CON LA CENTRIFUGA FALCON 4.2.3.8. DIAGRAMAS DE FLUJO TIPICOS 4.3. CENTRÍFUGAS DE LECHO FLUIDIZADO PULSANTE 4.3.1. CONCENTRADOR KELSEY JIG 4.3.1.1. CARACTERISTICAS DE OPERACIÓN DEL KELSEY JIG 4.3.1.2. MODELOS DE KELSEY JIG 4.3.1.3.VARIABLES DE OPERACIÓN 4.3.1.4. APLICACIÓN 4.2.1.5. RESULTADOS OBTENIDOS CON EL CONCENTRADOR KELSEY JIG 4.2.1.6. DIAGRAMAS DE FLUJO 4.3.2. SEPARADOR MULTI GRAVIMETRICO (GMS) 4.3.1.1. CARACTERISTICAS DE OPERACIÓN DEL GMS
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1 6 8 8 9 11 13 14 14 16 18 22 24 25 29 29 29 32 40 42 45 49 56 56 56 62 65 68 69 78 83 84
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4.3.1.2. 4.3.1.3. 4.3.1.4. 4.3.1.5. 5. PLANTAS MODULARES 6. BIBLIOGRAFIA
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VENTAJAS MODELOS DEL CONCENTRADOR GMS APLICACIÓN CARACTERISTICAS TECNICAS
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84 84 87 88 89 90
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INDICE DE TABLAS Pag. TABLA 1: TABLA 2: Tabla 3: Tabla 4: Tabla 5: Tabla 6: Tabla 7: Tabla 8: Tabla 9: Tabla 10: Tabla 11: Tabla 12: Tabla 13: Tabla 14: Tabla 15: Tabla 16: Tabla 17: Tabla 18:
Resultados del tratamiento rougher de lodos de estaño (en una unidad) Condiciones de operación en el tratamiento de lodos de estaño Especificaciones técnicas de la centrifuga Falcon Modelo “C”. Especificaciones técnicas de la centrifuga Falcon Serie SB. Especificaciones de fuerza centrífuga para el Falcon Modelo SB40. Comparación de resultados obtenidos con equipos Falcon Modelo SB40 de laboratorio y C400 (Industrial) Resultados obtenidos con Falcon SB40 – Muestra “Under Flow Cono Espesador” – COMIBOL - Huanuni Resultados típicos obtenidos con Falcon SB 40 en el procesamiento de menas auríferas Procesamiento en Falcon SB40 – Relaves óxidos San Miguel (Potosí) Balance Metalúrgico de la Flotación de Sulfuros Balance Metalúrgico Resumido (Presión de Agua 0,5 PSI; 30 % Sólidos, 25 kg/h alimentación.; 300 Gs.) Características técnicas del Kelsey Jig Mod. J-200 Efecto de los parámetros operacionales del KCJ 200 Resultados obtenidos de cinco muestras de yacimiento aluvial de oro Resultados obtenidos con el KCJ en la evaluación de un yacimiento aurífero. Balance metalúrgico del procesamiento de una mena con oro refractario Análisis granulométrico y tenor de los productos obtenidos en el procesamiento de una mena de estaño. Balance metalúrgico de la preconcentración de casiterita
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12 13 34 38 39 46 46 47 48 48 49 62 68 70 70 71 73 75
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Tabla 19: Tabla 20: Tabla 21:
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Balance metalúrgico planta 1 Balance metalúrgico planta 2 Características técnicas de los separadores Multy Gravimétricos Mozley.
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75 75 88
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ÍNDICE DE FIGURAS Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura
1: 2: 3: 4: 5: 5 a: 5 b:
Figura 6: Figura 7: Figura 8: Figura 9: Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura
10: 11: 12: 13: 14: 15: 16: 17: 18: 19: 20: 21:
Figura 22: Figura 23: Figura 24: Figura 25: Figura 26: Figura 27: Figura 28: Figura 29: Figura 30:
Separación en procesamiento de minerales Mecanismos de separación Principio de separación por medios pesados Separador Tubular de medios pesados Jig tipo Denver. Espiral Humprey Posición de las partículas de acuerdo a su masa volumétrica Mesa de concentración Rangos de operación de las unidades de concentración gravimétrica Esquema del principio de una taza separadora Esquema para las expresiones del circulante en las centrífugas continuas Esquematización de un Centrifugador Chino Centrifugador GEKKO Tazón perforado de fluidización Concentrador Knelson Cono G-5 Knelson KC-MD7.5 Knelson de laboratorio Knelson serie KC-CD Knelson KC-XD Instalación de varios Equipos de Knelson. Knelson recuperador de mercurio Curvas de recuperacion y ley del concentrado en el procesamiento de mena aurífera Diagrama de flujo par el procesamiento de mena aurífera de yacimiento primario Diagrama de flujo par el procesamiento de mena aurífera de yacimiento secundario. Alternativas de ubicación del Knelson en un circuito. Concentrador Knelson Tipo CVD. Instalación del concentrador Knelson en un circuito gravimétrico Configuración del rotor Del concentrador Falcon. Principio de separación del concentrador Falcon. Falcon Modelo C Diagrama de balance de fuerzas en
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1 2 2 3 3 4 4 5 7 10 10 12 14 16 17 18 19 20 20 21 21 22 23 25 26 27 28 28 30 30 34
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Figura Figura Figura Figura Figura
31: 32: 33: 34: 35:
Figura 36: Figura 37: Figura 38: Figura 39: Figura Figura Figura Figura Figura
40: 41: 42: 43: 44:
Figura 45: Figura 46: Figura 47: Figura 48: Figura 49: Figura 50: Figura 51: Figura 52: Figura 53: Figura 54: Figura 55: Figura 56:
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concentrador Falcon SB Distribución de zonas Falcon modelo SB Falcon modelo C 4000 Espígots de descarga del preconcentrado Componentes de control principales del concentrador Falcon Modelo C. Instalación de Falcon Modelo C para el procesamiento de minerales de hierro. Circuito para la limpieza de carbón mineral Instalación de Falcon Modelo C para la recuperación de valores a partir de colas de flotación o lixiviación Circuito convencional para la recuperación de valores de yacimientos secundarios. Circuito convencional molienda - Falcon Circuito convencional molienda - Falcon El jig Kelsey Esquematización del concentrador Kelsey Jig Rango de trabajo del Kelsey Jig frente a otros equipos de concentración gravimétrica convencionales. Kelsey Jig Modelo J1300 Recuperacion acumulada de casiterita versus Tamaño de Partícula Grafica de preconcentración de casiterita con centrifuga Kelsey Jig. Grafica de limpieza del concentrado de flotación con centrifuga Kelsey Jig Diagrama de flujo típico para la concentración gravimétrica de la casiterita con el KJC Circuito típico de instalación del centrifugador Kelsey Jig. Diagrama de flujo para el procesamiento de una mena de estaño. Circuito gravimétrico con remolienda para la recuperación de casiterita Flujograma para la recuperación de cobre nativo Separador Multi Gravimétrico (GMS). Equipo de laboratorio Multi Gravity Separator C900. Multi Gravity Separador Mod. C902 de mediana
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36 37 38 44 44 45 50 51 52 53 54 55 58 61 62 64 74 74 76 78 79 80 81 82 83 85
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Figura 57: Figura 58: Figura 59: Figura 60:
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capacidad MeGaSep Multi-Gravity Separator de alta capacidad Curva: Ley Vs. Recuperación de Fe. Muestra: Colas de espiral. Limpieza de carbón mineral en la fracción <0,5mm. Planta modular pequeña para el procesamiento de yacimiento aluvial de oro.
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86 86 87 88 89
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TECNOLOGIA DE LA CONCENTRACION CENTRIFUGA 1. GENERALIDADES DE LA CONCENTRACIÓN POR GRAVEDAD Según Des Clifford (1), la concentración por gravimetría es la más simple y económica de todos los métodos de procesamiento de minerales y permite la recuperación de valores en un rango de tamaño bastante amplio, desde un tamaño grueso como 500 mm hasta los más finos como 5 micrones, donde las partículas de mineral son separadas debido a su diferencia de densidad. Cuanto mayor es la diferencia en la densidad de dos minerales componentes de una mena, mayor será la facilidad con que se efectúe la separación. En la concentración convencional por gravedad, las partículas en un medio fluido se mueven para crear dos distintas corrientes: una con las partículas de baja densidad compuestas mayoritariamente por materiales estériles (colas) y la otra con las partículas de alta densidad (concentrado) como se observa en figura 1.
MINERAL
TECNO LO GIA DE PRO CESAMIENTO DE MINERALES
CO NCENTRADO CO LAS
Figura 1: Separación en procesamiento de minerales
Los equipos y maquinarias de concentración por gravedad son divididos en cuatro grandes grupos, cada uno de estos utilizan principios de separación diferentes. Estos principios se ilustran en figura 2.
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Figura 2: Mecanismos de separación
El mecanismo que involucra la concentración por gravedad utiliza la densidad de un fluido o pulpa y la fuerza gravitacional para separar las partículas en dos productos, el liviano y el pesado. Ajustando la densidad de la pulpa, por variación de la cantidad de sólidos presente en una operación, puede modificarse el punto de corte final (en términos de densidad) entre los dos productos. La separación se lleva a cabo entonces por sedimentación impedida. Entre los equipos de este grupo podemos citar a los de la separación por medios pesados (figura 3).
Figura 3
:Principio separación pesados
por
de medios
Sin embargo, el tiempo del proceso de separación se prolonga considerablemente cuando el tamaño de la partícula se torna cada vez más fina. Bajo estas circunstancias, se usa la fuerza centrífuga para llevar a cabo la separación puesto que ésta, es mucho más fuerte que la fuerza gravitacional.
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El hidrociclón de medios pesados y el separador tubular también de medios pesados (figura 4) corresponden a los equipos que trabajan con el rango de partículas mucho más finas.
Figura 4:
Separador Tubular pesados (Wills, 1988)
de
medios
La estratificación de las partículas de acuerdo a su densidad son llevadas a cabo generalmente en equipos denominados como jigs (Plumpton, 1996)(2) . El mecanismo de pulsación y estratificación esta basado en las pulsaciones verticales que ocurren en un medio fluido (agua). El mecanismo permite separar los componentes de un mineral de acuerdo a su peso específico, en un medio acuoso que alterna la sedimentación libre y la sedimentación obstaculizada, gracias a la pulsación del líquido producida por diferentes medios (figura 5). Figura 5:
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Jig tipo Denver. A) Pulsación B) Succión.
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El proceso de concentración por corriente laminar de agua consiste en dejar arrastrar por el agua una carga de mineral sobre una superficie inclinada, donde las partículas más livianas son empujadas por la lamina de agua a mayor velocidad que las partículas mas pesadas, obteniéndose así dos o más productos (concentrados, mixtos y colas) de acuerdo a su densidad, tamaño y forma (planos inclinados). El espiral Humprey (figuras 5a y 5b)(3) para la separación, además agrega el efecto de la fuerza centrífuga generada por la configuración del equipo. Algunas maquinas de este grupo cuentan con un movimiento de vaivén (mesas de cinta) y otras, además tienen rifles en la superficie plana (mesas concentradoras) que ayudan en la operación de concentración (figura 6).
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Figura 5 a:
Espiral 1991)
Figura 5 b:
Posición de las partículas de acuerdo a su masa volumétrica (Gill, 1991)
Humprey
(Gill,
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Figura 6: Mesa de concentración (Taggart, 1951)
Existen equipos basados en la acción combinada de varios fenómenos, este es el caso de los concentradores centrífugos como el Knelson, centrífuga Falcon, centrífuga china, jig Kelsey, el separador Mozley (MGS), etc., los cuales se describirán más adelante. Generalmente, los equipos de concentración por gravedad separan las partículas de manera eficiente en un rango de tamaño estrecho. Por esta razón, es necesario clasificar el material antes de llevar a cabo la concentración por gravedad. En este procedimiento, la eficiencia de separación puede ser determinada por el uso del “criterio de concentrabilidad” propuesto por H.F. Taggart (4), donde la densidad, es el principal factor que permite separar el valor de la mena respecto de los indeseables. Este factor proporciona información valiosa del grado de concentrabilidad de un material mineralizado en campos de fuerza gravitacionales. La ecuación propuesta es: Q
D p Dm Dl D m
Donde:
Dp = Densidad de partículas pesadas Dl = Densidad de las partículas livianas Dm = Densidad del medio fluido de separación
En términos generales, cuando “Q” es mayor a 2,5, entonces la concentración por gravedad es relativamente sencilla. Cuando el valor de “Q” es menor a 2,5, la eficiencia de separación decrece, y por debajo de 1,25 la separación no es comercialmente posible.
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El movimiento de las partículas en el fluido es dependiente de su gravedad específica y también del tamaño de partícula. La velocidad de asentamiento (sedimentación) de las partículas en agua presenta un problema básico durante su aplicación en la concentración por gravedad. Como se muestra a continuación, por la ley de Stokes, la velocidad de sedimentación para pequeñas esferas obedece a la siguiente ecuación:
Vm
Donde:
Vm Ps Pl D G
= = = = = =
d
2
g( p s
18
p) l
Velocidad de sedimentación terminal Densidad del sólido Densidad del líquido Diámetro de la partícula Aceleración debida a la gravedad Viscosidad del fluido
La anterior ecuación resalta la importancia del tamaño partícula en la determinación de la velocidad terminal función de las fuerzas de viscosidad y fluidez.
de en
Las principales ventajas que separación por gravedad son:
de
ofrece
el
procedimiento
Bajos costos de procesamiento Bajo consumo de energía (kWh/t) No contamina el medio ambiente por uso de reactivos
2. GENERALIDADES DE LA CONCENTRACION CENTRIFUGA No obstante las ventajas que ofrece el procedimiento de enriquecimiento a través de la fuerza gravitacional, una de las dificultades es la inexistencia de un equipo específico eficiente en el tratamiento de un amplio rango de tamaños. Al respecto, en el transcurrir de los años, se han desarrollado diversos equipos y maquinarias aplicables en diferentes rangos de tamaño. La figura 7 muestra la eficiencia de separación de diferentes equipos en función del tamaño de partícula (2). Tecnología de la Concentración Centrifuga
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Los procedimientos gravimétricos convencionales permiten recuperar con relativo éxito partículas mayores a 75 micrones, sin embargo, cuanto menor es el tamaño de las partículas, mayor es la importancia de las fuerzas de viscosidad y fluidez en relación a la densidad; de ahí que la eficiencia en la separación disminuya drásticamente cuando las partículas son más finas.
Figura 7
Rangos de operación de las unidades de concentración gravimétrica (Burt, 1984)(2)
Durante las últimas décadas, la investigación se ha orientado al mejoramiento en la recuperación de partículas finas comprendidas en el rango de 75 a 15 micrones, utilizando para este propósito equipos y maquinarias de diseño mejorado como son los conos Reichert y espirales Humphrey (1940) (3), que ofrecen una mejora en la separación húmeda de finos, separador Bartles – Mozley (1), etc. Sin embargo, ante la necesidad de contar con una tecnología que permita la recuperación de partículas cada vez más finas se ha intentado, durante las dos últimas décadas, sustituir las fuerzas gravitacionales (convencionales) por fuerzas centrífugas.
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Como se recordará, todos los equipos de concentración por gravimetría como las canaletas, mesas vibrantes, máquinas pulsantes, etc., trabajan en campos de fuerza gravitacional. 3. CONCENTRACION CENTRIFUGA Los equipos de concentración centrífuga, a diferencia de los anteriormente citados, aumentan la fuerza gravitacional para que la separación se efectué a un valor de varias veces “G”, por lo que, estos equipos son más eficaces que los equipos convencionales, donde la concentración de partículas de mayor peso específico se efectúan mas fácilmente. Por ejemplo, en un campo centrífugo de 200 Gs, una partícula de oro libre con peso específico de 18, pesará efectivamente aproximadamente 2061 veces mas respecto a una partícula de ganga de tamaño equivalente con peso especifico de 2.65. Esto resulta del siguiente cálculo: Q
D D D D p
m
l
m
* Gs
QAu
(18 1) * 200 2061 (2.65 1)
4. TIPOS DE EQUIPOS CONCENTRADORES CENTRIFUGOS Desde el punto de vista de su modalidad de trabajo en la industria en el campo de procesamiento de minerales, los equipos de concentración gravimétrica por centrifugación se agrupan en tres tipos (5,6), estos son: 1. Centrífugas de lecho centrifuga Gekko).
sedimentado
(centrífuga
china,
2. Centrífugas de lecho fluidizado (Knelson, Falcon, y otros). 3. Centrífugas de lecho concentrador MGS).
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fluidizado
pulsante
(Jig
Kelsey,
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4.1 CENTRÍFUGAS DE LECHO SEDIMENTADO Para la concentración gravimétrica centrífuga se requiere que el lecho o cama donde se acumularán las partículas pesadas esté sometido a la acción de un campo centrífugo cuya aceleración supere varias veces la aceleración de la gravedad. Cuanta más alta sea esta aceleración mayores serán las posibilidades de obtener altas recuperaciones o podrán concentrarse partículas mucho más finas que normalmente son imposibles de recuperar en la gravimetría tradicional (6). Cuando se obliga a una pulpa a desviarse de una trayectoria de flujo rectilíneo que está en curso mediante la acción de una fuerza o un cambio del perfil del canal que conduce la pulpa, se genera una fuerza centrífuga que actúa sobre cada uno de los componentes de la pulpa (figura 8) de acuerdo con la siguiente expresión (6) :
F
Donde: F = Fuerza centrífuga (G) W = Peso de la partícula (g) r = Radio de curvatura o radio de giro (cm) G = Aceleración de la gravedad (981 cm/seg)
W 2 rw G
O en función del número de revoluciones:
F
2 W 900 G
2
La fuerza centrífuga del tazón se expresa
P1
2G
F 1,118( RPM ) 2 10 5
r RPM
que actúa sobre un líquido al interior de una a diferentes profundidades dentro de las paredes da como resultado una presión líquida unitaria que por:
w 2 r22 r12
Donde: = Densidad del líquido r2 = radio en un punto cualquiera para el que se calcula la presión r1 = radio de la superficie líquida exterior (ver diagrama en figura 1)
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Las fuerzas que actúan sobre diferentes columnas o capas de líquidos o pulpas de distintas densidades alimentadas a una centrífuga determinan la posición de la denominada zona neutra (figura 9) que dividirá o separará los líquidos o pulpas, el líquido más denso se descarga pasando por un vertedero a un radio mayor que el radio de la zona neutra y el líquido o pulpa más ligero o liviano descarga por el vertedero encima del tabique divisorio de la zona neutra. La posición de esa zona neutra constituye un factor importante para los resultados de funcionamiento de la centrífuga. Cuando la zona neutra está cerca del centro de la centrífuga, el componente más ligero está expuesto al efecto de una pequeña fuerza centrífuga, mientras que el más denso estará sometido a una fuerza centrífuga mayor (6).
Figura 8:
Esquema del principio de una taza separadora (6)
Figura 9:
Esquema para las Expresiones del Circulante en las centrífugas continuas
Cuando la zona neutra está cerca del diámetro mayor del tazón, el efecto es mayor sobre el componente más ligero y esa construcción se emplea para separaciones especiales como la purificación de aceites. Otro parámetro importante en el funcionamiento de la centrífuga es la velocidad de flujo radial y longitudinal que tengan los componentes del fluido o pulpa al interior del tazón, lo que influye en la densidad que alcanzan las diferentes capas del flujo interno y por lo tanto influye Tecnología de la Concentración Centrifuga
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también en la posición de la zona neutra
(6)
.
La fórmula que relaciona la posición de la zona neutra con las densidades que alcanzan las diferentes capas es:
Lo ro2 L1r12 ro2 r12 L1 / Lo rn 2 1 L1 / Lo Lo L21 Donde: rn = radio de giro de la zona neutra Li = densidad del líquido o pulpa de la capa liviana Lo = densidad del líquido o pulpa de la capa pesada La diferencia de densidades entre ambas capas ejerce un gran efecto en la posición de la zona neutra. Si esta diferencia se hace demasiado pequeña, la separación se hace difícil, aunque se pueden hacer separaciones con diferencias de densidad del orden del 3% o incluso con aparatos de diseño especial se pueden lograr separaciones con diferencias de densidades próximas al 1%. 4.1.1. CENTRIFUGADOR CHINO La centrifuga china (figura 10) adquiere la configuración de un tubo rotatorio instalado en un eje horizontal que gira a altas revoluciones por minuto (6). Se caracteriza por trabajar en forma discontinua con ciclos que pueden variar entre 2,5 a 3,5 minutos, donde la alimentación puede realizarse en 2 o 3 minutos y el lavado y descarga del preconcentrado en los restantes 0,5 minutos. El equipo cuenta con dos toberas, una para la alimentación de carga en forma de pulpa con una dilución de 30 a 40 porciento de sólidos, y la segunda tobera se utiliza para introducir agua de lavado (5,6).
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En la operación de la centrifuga china, el preconcentrado es retenido en el tazón cilíndrico de la centrifuga, el cual está construido en aluminio (pieza fundida) cuya superficie interior es lisa y sin perforaciones.
Alimentación
Agua de lavado
Cola Pk
Figura 10:
Zona de retención del preconcentrado
Esquematización de una Centrifuga China, Lou y Lin, 1981
Cuando la pulpa se alimenta al interior del rotor (tazón), las partículas más pesadas, como consecuencia de la fuerza centrifuga ejercida sobre ellas, tienden a sedimentarse sobre la pared más rápidamente, respecto a las livianas. Se tiene conocimiento de que estos equipos centrífugos de lecho sedimentado han dado resultados muy interesantes para la preconcentración y concentración de minerales de estaño en granulometría muy fina. En tabla 1.se muestran los resultados del tratamiento de minerales estanníferos y en tabla 2, sus condiciones de operación (5,6). TABLA 1
Resultados del tratamiento estaño (en una unidad)
Ley Radio de Aliment. RecupeCabeza enrique(t/d) ración (% Sn) cimiento (%) 30–35
0.2–0.6 2.5–3.0
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80-85
rougher
de
lodos
Recuperación por rangos de tamaño (m) (%) 74-37 37-19 19–10
<10
80-85 85-90 75–80 35-40
de
Consumo de agua (t/t tratada) 1.5
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TABLA 2
Etapa
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Condiciones de operación en el tratamiento de lodos de estaño Tiempo Tiempo Tamaño de Volumen Densidad Ciclo de de de partícula Aliment. de pulpa operación aliment descarga (mm) (l/min) (% solid) (seg.) (seg.) (seg.)
Rougher
0.074-0.01
90 –100
20-25
210
180
30
Cleaner
0.074-0.01
70-80
15-20
210
180
30
(Fuente: Gravimetría centrifuga, una alternativa al tratamiento de finos de casiterita, IV CONGRESO DE METALURGIA Y CIENCIA DE LOS MATERIALES) (4)
4.1.2. CENTRIFUGADOR GEKKO La centrifuga GEKKO (7) básicamente esta compuesto por un rotor giratorio donde a lo largo de su pared interior, desde la base hasta la parte superior, contiene anillos circundantes cuyo propósito principal es el de retener a las partículas de mayor peso específico. La alimentación en forma de pulpa ingresa por una tobera directamente a la base del rotor, de donde, como resultado de la aplicación de la fuerza centrifuga al recipiente, la pulpa es obligada a adquirir un movimiento rotatorio. En esta modalidad de trabajo, las partículas de mayor peso especifico son fácilmente retenidas en las hendiduras de los anillos del rotor, consiguiéndose de esta manera separar el material valioso respecto del estéril que rebosa por la parte superior del equipo (estéril). Al igual que el equipo anteriormente expuesto, éste también trabaja en forma cíclica, es decir, su operación es discontinua, donde se constata una etapa de carga y otra de descarga. La remoción de las partículas atrapadas en los anillos se realiza a través de chisguetes de agua instaladas en el lado opuesto a la tobera de alimentación de pulpa y esta remoción es ayudada por barras cortadoras instaladas en forma paralela a la pared interior del tazón. El agua alimentada a través de estas pequeñas toberas originan el arrastre de la carga enriquecida hacia la parte inferior del recipiente giratorio de donde es descargado mediante una tobera instalada en el centro del rotor (figura 11).
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Una característica particular de este equipo, es su simplicidad de operación, con muy poco o nada de consumo de agua además de tener un sistema de regulación de velocidad de giro. Es un equipo totalmente automatizado que es utilizado principalmente en el beneficio de menas de oro. Figura 11:
Centrifuga GEKKO (Gekko Sistems)
4.2. CENTRIFUGAS DE LECHO FLUIDIZADO 4.2.1.
CONCEPTO TEORICO FLUIDIZADO
DE
LA
CONCENTRACION
EN
LECHO
De acuerdo a Fedotov K.V. y otros (8), el movimiento dinámico de una partícula en un flujo viscoso establecido, en la parte del separador, esta influenciado por el área de separación. En el funcionamiento de los centrifugadores es necesario determinar las condiciones del régimen de operación bajo las cuales el trabajo del separador sea más eficiente. En consecuencia, en los equipos centrifugadores, una partícula se somete a la influencia de diferentes fuerzas en cada uno de los puntos de la trayectoria. Las principales fuerzas son: P Q F T
= = = =
fuerza debida a la gravedad fuerza inercial relacionada con la velocidad tangencial fuerza de presión hidrodinámica del flujo fluido fuerza de fricción que es proporcional a la suma de las fuerzas P, Q y F.
Donde Q es determinada mediante la siguiente ecuación:
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Q
mU 2
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y
R
F (V U ) 2 d 2
Para los puntos velocidades.
F 3dv(V U )
Donde: U V
U m d
v R
de
con
altas
Cuando las velocidades no son muy altas.
= = = =
Factor de resistencia Velocidad de la partícula Velocidad del fluido Proyección tangencial de partícula
= = = = =
Masa de la partícula Diámetro de la partícula Densidad del fluido Factor de viscosidad cinemática del fluido Radio de rotación de la partícula
La trayectoria del movimiento de determinarse de la siguiente ecuación: m
trayectoria
dU P F Q (T ) dt
la
la
velocidad
partícula
de
la
puede
con la condición inicial conocida U / t 0 U 0
De esta manera, la tarea principal es resolver la hidrodinámica del sistema. Las características complicadas del flujo del sistema solo se pueden resolver a través de métodos numéricos. En todos los tipos de separadores gravimétricos, es muy importante la gravedad y este factor influye sobre la partícula y por lo tanto la velocidad es proporcional a la fuerza “G” (9). La ley de Stokes, para la velocidad terminal de esferas decrecientes en un líquido puede ser generalizado como:
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V KD 2 G( partícula medio ) Donde :
K D G
= Constante relativo a la unidad usada = Diámetro de la partícula = Múltiplo de la gravedad terrestre (9,81 m/s)
En los centrifugadores Falcon, el cálculo de la fuerza “G” se realiza mediante la siguiente ecuación: G FORCE
Diametro.del.Rotor ( pu lg .) * (r. p.m.) 70471
4.2.2. CENTRIFUGA KNELSON La efectividad de separación en el concentrador Knelson se basa en la generación de una fuerza gravitacional 60 veces superior a la fuerza normal de un equipo convencional que juntamente con el proceso de fluidización, permite la (1,9,10) recuperación aún partículas microscópicas . Esto significa que en el interior del Concentrador Knelson las partículas son sometidas a 60 veces la fuerza de la gravedad para asegurar la recuperación de partículas finas que antes se pensaba eran no recuperables por medios gravimétricos convencionales. La pieza principal de este concentrador es el tazón perforado que contiene anillos horizontales en forma de rifles a lo largo de su pared interior como se muestra en figura 12.
Figura 12:
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Tazón perforado fluidización (10).
de
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En su operación, en principio se inyecta agua en el tazón giratorio de concentración a través de una serie de orificios de fluidización. Luego, se introduce la pulpa por medio de un tubo central vertical estacionario de alimentación. Una vez que la pulpa llega a la base del tazón, ésta, debido a la fuerza centrifuga, es forzada a desplazarse por la parte exterior, subiendo por la propia pared del tazón, donde las partículas pesadas, una vez que se ha alcanzado la fluidización óptima, son atrapadas entre los rifles, creando así un lecho en el que se produce la concentración y las partículas livianas son descargadas por la parte superior del tazón (10,11). La figura 13 muestra el concentrador centrífugo Knelson.
Figura 13:
Concentrador Knelson (http//wwwknelsongravitysolutions.com)
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En la operación del Knelson la compactación de la cama se evita por medio del proceso de fluidización. A medida que el agua es inyectada a los anillos, se controla el flujo para alcanzar fluidificación óptima. Partículas de alto peso específico son retenidas en el cono concentrador. Cuando el ciclo de concentración se completa, para la descarga del concentrado retenido en los rifles, el equipo se detiene para luego adicionar agua de lavado a presión (funcionamiento discontinuo). Su principal variable de operación es la alimentación de agua en contra presión (agua de fluidización). Durante los últimos años los fabricantes de la centrifuga Knelson introdujeron una serie de mejoras en su equipo (11) original , el resultado de esta innovación es el anuncio del lanzamiento de su nuevo cono G-5 (figura 14).
Figura 14: Cono G-5
4.2.2.1. VENTAJAS DEL CONCENTRADOR KNELSON Todos los equipos concentradores Knelson ofrecen:
Recuperación rápida y eficiente a bajo costo Operación confiable y sin problemas Bajo costo de inversión, operación y mantenimiento Operación no contaminante y sin peligro para el medio ambiente Total seguridad del concentrado Total automatización disponible en todos los modelos
El equipo Knelson encuentra su aplicación en el procesamiento de:
Metales preciosos: oro, platino y plata. Metales básicos: cobre. Metales nocivos para el medio ambiente: plomo y mercurio.
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Otras las otras aplicaciones, podemos citar a:
Recuperación de tantalita, casiterita, ilmenita, rutilo, cromita, etc. Recuperación de sulfuros con contenido de oro a partir de colas de lixiviación o flotación Recuperación de oro fino libre. Recuperación de valores metálicos a partir de escorias de fundición Productos de calcinación. Limpieza de Concentrados Finos. Retratamiento de relaves
En la industria mineralúrgica, los equipos Knelson suelen estar ubicadas en el circuito de molienda, esta modalidad de instalación ha sido usada con éxito en la recuperación de metales preciosos, tales como oro, platino y plata, también se aplica en la recuperación de metales básicos como el cobre, zinc, etc. Los metales nocivos para el medio ambiente, tales como plomo y mercurio pueden también ser recuperados de tierras contaminadas coadyuvando de esta manera en la mitigación de la contaminación ambiental. El tamaño máximo de partícula con que pueden trabajar es de 6 mm. Se fabrican en diversos tamaños y modelos, desde el concentrador de laboratorio KC-MD3 hasta el equipo de alta producción KC-XD48 con capacidad de procesar 150 tph. Las aplicaciones del equipo Knelson varían desde trabajos de laboratorio o exploración en campo hasta plantas piloto (figura 15) y producción a gran escala (alta capacidad). Figura 15: Knelson KC-MD7.5
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A. SERIE DE DESCARGA MANUAL (MD) A esta serie corresponden los equipos de Escala Piloto y de Laboratorio con capacidades de 1000 Kg/Hr y 50 kg/Hr (figura 16) respectivamente. En la operación, las partículas de la alimentación al Knelson de laboratorio son sometidas a una fuerza de hasta 80 veces la gravedad para la recuperación de eventuales partículas denominados como ultra finos.
Figura 16:
Knelson de laboratorio
B. LA SERIE DE DESCARGA CENTRAL (CD) En 1992 se introdujo al trabajo industrial la Serie avanzada de modelos de Descarga Central KC-CD (figura 17). Estas fueron las primeras unidades diseñadas para extraer el concentrado rápidamente "sin usar las manos" y en un ambiente de completa seguridad, habiéndose convertido desde entonces en un equipo standard en la industria.
Figura 17: Knelson serie KC-CD
Los equipos de esta serie son apropiados para la etapa de preconcentración y para la limpieza de preconcentrados.
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C. LA SERIE DE SERVICIO PESADO XD Las condiciones de operación en circuitos de molienda de roca dura pueden ser sumamente severas. La Serie KC-XD, introducido en 1997, ha sido desarrollada para soportar las exigencias de las condiciones más difíciles de operación, ofreciendo mayor capacidad y mejor recuperación en comparación con otros equipos. Son también apropiados para operaciones aluviales o para proyectos de re-tratamiento de relaves antiguos donde se presentan condiciones de acidez (figuras 18 y 19).
Figura 18: Knelson KC-XD
Figura 19:
Instalación varios Knelson.
de equipos
D. SERIE DE RECUPERACIÓN DE MERCURIO (MR) El Concentrador Knelson de Recuperación de Mercurio (KC-MR) está diseñado para recuperar mercurio simultáneamente con oro y otros metales preciosos. Recupera el 98% de mercurio metálico elemental, ya sea en su estado natural, presentándose como un producto secundario de una operación minera previa, o que haya ocurrido como resultado de otros procesos industriales.
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Durante su operación el KC-MR continuamente descarga mercurio en un tanque acumulador. El mercurio puede extraerse luego sin riesgo para su tratamiento posterior con miras a la recuperación de oro y mercurio por separado. El KC-MR puede surtirse ya sea con sistema de control manual (trabajos en pequeña escala) o con el Sistema Independiente de Control Knelson (KICS) para lograr una completa automatización (figura 20). Figura 20:
Knelson recuperador de mercurio
4.2.2.2. RESULTADOS OBTENIDOS CON LA CENTRIFUGA KNELSON La figura 21 muestra los resultados obtenidos con la centrifuga Knelson para el procesamiento de una mena con contenido de oro.
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Figura 21:
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Curvas de recuperación y ley del concentrado en el procesamiento de mena aurífera
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4.2.2.3. CARACTERISTICAS TECNICAS DE LOS EQUIPOS KNELSON
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4.2.2.4. DIAGRAMAS DE FLUJO A continuación se muestran algunos diagramas de flujo para el procesamiento de minerales.
Figura 22:
Diagrama de flujo par el procesamiento de mena aurífera de yacimiento primario.
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Figura 23:
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Diagrama de flujo par el procesamiento de mena aurífera de yacimiento secundario.
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Figura 24:
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Alternativas de ubicación del Knelson en un circuito.
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Figura 25:
Figura 26:
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Concentrador Knelson Tipo CVD.
Instalación del gravimétrico
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concentrador
Knelson
en
un
circuito
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4.2.3. CENTRIFUGA FALCON 4.2.3.1. GENERALIDADES El principio de separación del concentrador Falcon está basado en la diferencia de pesos específicos de las partículas componentes de una carga mineralizada. Debido a que usa campos gravitatorios altos es capaz de separar minerales liberados en rangos de tamaño considerado como finos a ultra finos (9,12), donde se observa un aumento en la eficiencia de separación en comparación con otros concentradores gravimétricos. El Concentrador Centrifugo Falcon fue primeramente diseñado para el beneficio de oro, aunque posteriormente se extendió su aplicación a otros minerales como: estaño, platino, minerales de hierro, illmenita, carbón, etc. Puede asemejarse a un Cono Reichert centrífugo invertido cuya principal diferencia es que la alimentación se realiza por el centro del equipo (13) 4.2.3.2. HISTORIA Los incrementadores de separación gravimétrica, con cuyo nombre se conocía anteriormente a los concentradores centrífugos, fueron patentadas a fines del siglo pasado (1935) pero estas eran poco prácticas y sólo hasta hace algunos años atrás fue posible su aplicación industrial. El desarrollo y diseño de estos equipos surge por una innovación en los procesos de fabricación de novedosos materiales, especialmente polímeros, así como una expansión en la aplicación de éstos, tales como materiales resistentes a la abrasión para equipos sometidos a altas revoluciones de giro. También el desarrollo de estos equipos fue beneficiado por una mejor comprensión en la reología de las pulpas (14) 4.2.3.3. CARACTERISTICAS DEL CENTRIFUGADOR FALCON Constituido principalmente por un cilindro rotante, donde la geometría del rotor, interiormente en la parte inferior adquiere una forma cónica y en la parte superior una configuración cilíndrica en forma de anillos (figura 27). Gira alrededor de los 2282 rpm, generando una fuerza centrifuga de hasta 300 G (13,14) (300 veces el valor de la gravedad) Tecnología de la Concentración Centrifuga
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Este equipo responde favorablemente al tratamiento de granulometrías entre 1.651 a 0.020 mm (10 a 600 mallas Tyler), separando y recuperando material pesado (de mayor peso especifico respecto al del estéril) considerado como fino y ultra fino. (14)
Figura 27:
Configuración del rotor Del concentrador Falcon.
La pulpa alimentada por la parte central al fondo del cono, experimenta primeramente un proceso de sedimentación, separándose el sólido del líquido, formándose una capa de sedimento (figura 28). Posteriormente, por la acción del agua alimentada a contrapresión y la configuración del cono, el espesor de la capa va disminuyendo por el desprendimiento de las partículas livianas de la capa que retornan a la pulpa para su posterior evacuación como rebose. En esta operación, las partículas pesadas se fijan en la pared interna del cono y son descargados por la parte inferior a través de un cilindro que envuelve al cono. El mecanismo de separación del Falcon se denomina película de separación fluidizada. La revolución de giro del rotor puede ser ajustada para distintos rangos de velocidad y así compensar los cambios en el caudal de la alimentación (13,15)
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Figura 28:
Principio de separación del concentrador Falcon.
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Sus principales características son:
Amplio rango de aplicación en el procesamiento industrial de minerales. Buena eficiencia en la recuperación de partículas finas. Rotor construido de Caucho, poliuretano, carburo y nihard para una máxima resistencia al desgaste. Pocas partes móviles. Alta confiabilidad en la obtención del concentrado. Modelos a escala laboratorio con alta capacidad. Modelos disponibles para la recuperación con elevado peso o alimentación con amplio rango de tamaño de partículas.
Desde un punto de vista general, las principales ventajas que ofrecen estos equipos son:
Elevada capacidad de procesamiento Bajo consumo de agua Recuperaciones elevadas, sobre todo en fracciones finas Bajos costos de inversión y de operación Automatización simplificada Preconcentración y concentración de minerales
Entre sus aplicaciones podemos citar a:
Recuperación de oro fino a partir de yacimiento primario. Retratamiento de sulfuros. Recuperación de hierro y estaño fino Remoción de ceniza y sulfuros del Carbón. Recuperación de Oro fino a partir de relaves de flotación ó cianuración Preconcentración antes de la cianuración para maximizar rendimiento. Retratamiento de relaves de Tantalio y Estaño fino. Retratamiento de Hierro fino contenido en relaves. Preconcentración de oro y plata a partir de relaves antiguos. Preconcentración y deslamado de depósitos de minerales pesados.
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Preconcentración previa a la flotación ó cianuración mediante la remoción de partículas livianas no deseadas. Instalación en circuitos de molienda ciclón para la recuperación de valores liberados.
4.2.3.4. MODELOS DEL CONCENTRADOR FALCON Actualmente en el mercado existe una numerosa variedad de modelos del Centrifugador Falcon, desde aquellos utilizados para escala laboratorio (semi-continuo), hasta los de uso industrial (continuo), cada uno con características y aplicaciones diferentes, además de los últimos modelos desarrollados para material ultra-fino. A continuación describimos las características más importantes de algunos modelos de Centrifugadores Falcon (16): FALCON MODELO “B” Diseñado en los años 60, fue probado inicialmente en 1981, su diseño siguió la metodología de prueba y error, acondicionándole con partes de características exclusivas como un impulsor para direccionar la alimentación a la pared, un cono con un ángulo de inclinación de alrededor de 14° y gomas en la superficie (16) El modelo Falcon B es el más antiguo y simple para procesar mineral con granulometría fina y trabaja con densidades de pulpa bajas. El concentrado acumulado en la pared lisa del rotor es periódicamente lavado a través de pequeños orificios conectados a una cavidad detrás del rotor, después de un intervalo cuando para el equipo. En esta operación una cantidad de material estéril es retenido debajo de la delgada capa del concentrado, el porcentaje de este material depende de las características de la alimentación lo que delimita la aplicación de estas unidades. El control de las revoluciones de giro del rotor y la válvula de alimentación Inter-enlazados a otros dispositivos disminuyeron enormemente la puesta en marcha de la transmisión. Para la limpieza, la alimentación se interrumpe y el rotor se detiene, entonces mientras se reduce la velocidad del rotor se realiza la limpieza adicionando pequeñas Tecnología de la Concentración Centrifuga
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cantidades de agua. El tiempo total de apagado de la unidad es de 30 – 40 segundos.(14,16) El Falcon B esta siendo adaptado para procesar materiales con baja ley y alto contenido de metales pesados. FALCON MODELO “C” Las necesidades de la Industria Minera, que operan generalmente con grandes tonelajes de alimentación fue el principal impulso para desarrollar una unidad continua dando lugar a los modelos C.(figura 29) Estos equipos pueden ser aplicados a una amplia gama de procesamiento de minerales con granulometrías finas para obtener concentrados en cantidades reducidas y recuperación elevada. Produce un concentrado en forma continua que puede llegar a 40 % de masa respecto a la alimentación. El objetivo principal de esta serie es maximizar la recuperación y disminuir la masa que ingresa al proceso subsiguiente., En el equipo la carga es sometida a fuerzas centrifugas de hasta 300 “Gs” dando lugar a una segregación de las partículas de acuerdo a su peso específico mientras discurren por la pared lisa del rotor. El concentrado es retenido en la cavidad del rotor de donde periódicamente (de 5 a 30 seg.) es evacuada por toberas de abertura variable controladas por un compresor, las colas son descartadas por la parte superior del rotor en forma continúa, no se requiere la adición de agua al proceso. El paquete de automatización Auto Pac asegura la facilidad de operación del modelo.(13, 15, 16)
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Figura. 29: Falcon Modelo C
En tabla 3 se consignan las especificaciones técnicas de los equipos comprendidos en este grupo. Tabla 3:
Especificaciones técnicas de la centrifuga Falcon Modelo C.
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FALCON MODELO “SB” SUPERBOWL Constituido también por un cono truncado que a diferencia de los anteriores modelos, esta provisto de dos a tres rifles en la parte superior del rotor. Es una combinación de los anteriores modelos, la zona de migración del Falcon fue conservada pero en la zona de retención se observo la necesidad de generar elutriación para una mejor recuperación de oro grueso, por lo cual requiere la adición de agua a presión. Dos cilindros concéntricos en la parte central son utilizados para generar presión de agua, donde el segundo cilindro cuenta con agujeros pequeños en la pared interna cuyas hendeduras tienen el objetivo de distribuir el agua sobre la cama.(16) La adición de agua en contra presión por las ranuras presentes en la zona de concentrado, facilita el movimiento de las partículas livianas y de esta manera sólo son retenidas las partículas más pesadas. La limpieza se realiza con un pequeño volumen de agua, interrumpiendo para ello la alimentación y deteniendo el rotor.
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El Falcon modelo SB instalado en concentración primaria proporciona una producción constante y eficiente recuperación de oro. Su instalación antes de la alimentación a Ciclones permite recuperar partículas finas de oro de manera eficiente. Este modelo produce alrededor de 100 gramos de concentrado en cada ciclo de operación, ideal para pruebas piloto. El control mediante AutoPac facilita la operación, además de permitir la configuración y comunicación con PLC y otros sistemas de control. La vibración en el Falcon SB es controlado por dos técnicas ampliamente probadas. Primera: todas las superficies giratorias fueron mecanizadas tomando en cuenta rangos aceptables de tolerancias de los concéntricos.
Figura 30:
Diagrama de balance de fuerzas en concentrador Falcon SB
Las Fuerzas principales que actúan en la concentración en cualquier modelo Falcon se dividen principalmente en dos (figura 30). La primera debido a la fricción en la superficie interna del cuerpo giratorio en sentido contrario al movimiento, que ocasiona que las partículas permanezcan dentro del equipo. La segunda, debido al movimiento del rotor que empuja a las partículas al exterior del equipo. Estas dos fuerzas actúan en cada una de las partículas de la alimentación y su efecto sobre ellas depende del peso de las mismas. Conjuntamente el peso rotante, el soporte del armazón de la estructura fue fabricado deliberadamente con un peso mayor respecto a la pulpa residente en el Falcon SB en cualquier tiempo.
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Lo anterior significa que si la alimentación de la varia, el efecto de la masa rotante es insignificante.
pulpa
El rotor del Falcon SB es en esencia una polea que amortigua la vibración en forma similar a la polea de una trituradora de mandíbulas. (15, 16) Las aberturas por donde se inyecta el agua de fluidización en el Falcon SB son perpendiculares al eje de rotación. Durante la operación, el concentrado compuesto por material pesado se acumula en la zona de retención (figura 31) y en la zona de estratificación, las partículas de la alimentación comienzan a formar estratos (inicio de la fluidización) a lo largo de esta superficie. La inclinación de esta superficie y el material utilizado en su fabricación son aspectos muy importantes para impedir la sedimentación de la alimentación.
Figura 31:
Distribución zonas
de
En la figura 32 se observa el concentrador Falcon modelo SB.
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Figura 32: Falcon modelo SB
En tabla 4 se consignan las especificaciones técnicas de los equipos Falcon serie SB. Tabla 4: Especificaciones Serie SB.
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técnicas
de
la
centrifuga
Falcon
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La tabla 5 muestra la relación de la fuerza centrifuga de un equipo de laboratorio modelo Sb 40. Tabla 5:
Especificaciones de Falcon Modelo SB40.
fuerza
centrifuga
para
el
RPM vs. G's Modelo del Concentrador: Diámetro del Rotor: Frecuencia del Motor: Velocidad del Motor:
SB40 - VFD 4,00 pulg. 60 Hz 1750 RPM
Máxima Velocidad del Rotor: AUTOPAC Hz 20 25 30 35 40 45 Tecnología de la Concentración Centrifuga
MOTOR RPM 583 729 875 1021 1167 1313
2400 RPM ROTOR RPM 583 729 875 1021 1167 1313
ACELERACIÓN CENTRIFUGA 20 31 44 60 78 99
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50 55 60
1458 1604 1750
1458 1604 1750
123 148 176
46,66 52,15 55,33 59,76 63,89 67,76 71,43 74,91 78,25
1361 1521 1614 1743 1863 1976 2083 2185 2282
1361 1521 1614 1743 1863 1976 2083 2185 2282
107 133 150 175 200 225 250 275 300
Nota: Las velocidades proporcionadas fueron calculadas con valores teóricos y no se no se considero la posibilidad del desliz de la correa de transmisión del motor. Para una mejor determinación es necesario medir la velocidad actual del rotor.
4.2.3.5 VARIABLES DE OPERACION Como anteriormente lo enunciamos, los equipos Falcon poseen una simplicidad en su operación, lo que reduce enormemente los parámetros operacionales, simplificando su control. Entre los parámetros de mayor influencia en la eficiencia de separación están: la granulometría de la alimentación, la Fuerza centrifuga, Caudal de alimentación, Densidad de la pulpa y la contrapresión de agua. Granulometría de Alimentación Al igual que en cualquier proceso de beneficio de minerales, el tamaño de grano es de vital importancia para determinar la eficiencia operacional del equipo, así como para establecer el grado de liberación del mineral de valor económico. Para coadyuvar a este fin se realiza la cuantificación de la distribución granulométrica. Como ya lo mencionamos anteriormente el Concentrador Centrifugo Falcon es utilizado generalmente para incrementar la recuperación de valores en granulometría fina, los cuales, en procedimientos convencionales, se pierden conjuntamente el material de descarte final (colas). Por ello, estos equipos Tecnología de la Concentración Centrifuga
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son usados principalmente en la etapa de recuperación de minerales pesados a partir de colas finales de procesos gravimétricos o para obtener un pre-concentrado. Consecuentemente la ley con la que trabajan estos equipos son relativamente bajas, es decir, están en el orden de 0.5 a 10 % peso respecto al total de la carga sometida al proceso, cuyo tamaño de grano está en un rango de 1 mm hasta 6 micrones. Una de las principales características del modelo Falcon SB es su eficiencia en la recuperación de menas de tamaño de partícula inferiores a 325 mallas de la serie Tyler, cuya separación es función de las características físicas de las partículas tales como: forma, peso específico, componentes de la mena, grado de pureza, etc. Por lo expuesto en la teoría de la concentración centrifuga, el tamaño de grano está directamente relacionado con la velocidad de sedimentación, que a su vez está influenciado por la fuerza centrifuga, por lo cual es importante analizar con detalle la influencia del tamaño de grano de la alimentación con respecto a la recuperación de valores. Fuerza Centrifuga La separación de las partículas finas de valor económico, en los equipos centrifugadores es función directa de la fuerza centrifuga aplicada. Además de que su capacidad puede ser ampliada incrementando el campo centrifugo. La teoría nos indica que a mayor fuerza centrifuga mayor será la eficiencia de separación, por lo cual es importante estudiar la influencia de está variable. Caudal de Alimentación Una de las principales características del concentrador Centrifugo Falcon es que el área de contacto de la partícula (área de concentración) se relaciona directamente con el diámetro del equipo, es decir con la capacidad del mismo, por lo cual es necesario determinar la cantidad de pulpa a ser procesada. La velocidad de alimentación esta relacionado con la densidad de la pulpa, la granulometría de alimentación, la fuerza Tecnología de la Concentración Centrifuga
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centrifuga y la contrapresión de agua, sin embargo en la practica está variable no siempre puede ser modificada por lo expuesto, además de estar relacionado con la capacidad de procesamiento de la planta, en particular con las maquinas utilizadas en el circuito que involucra el proceso aplicado. Densidad de la pulpa de Alimentación En los equipos centrífugos la densidad de la pulpa puede fluctuar desde 25 hasta el 60 % de sólidos en peso, dependiendo exclusivamente del tonelaje de alimentación al equipo. En el modelo Falcon SB la densidad de pulpa puede variar de 25 a 40 % sólidos (23). Una densidad de pulpa elevada conducirá a productos de baja ley, en cambio una baja densidad podría traducirse en una baja recuperación. Está variable, sin embargo, no es determinante y puede permanecer invariable siempre que el volumen de alimentación se mantenga relativamente constante. Contrapresión de agua Este factor es importante, pues está relacionado con la fluidización y consecuentemente repercute de manera directa en la recuperación y la ley del pre-concentrado. La presión de agua alimentada al equipo no debe ser elevada cuando se procesan partículas finas, porque puede originar arrastre de partículas pesadas de valor económico a las colas. Por lo general está variable debe mantenerse en rangos establecidos, lo suficientemente adecuado para originar la estratificación de la cama que permita retener las partículas pesadas. 4.2.3.6. APLICACIÓN DE LA CENTRIFUGA FALCON Durante los últimos 15 años, la serie de concentradoras Falcon C ha demostrado su alta efectividad en la preconcentración, reduciendo el tonelaje que pasa a las etapas subsiguientes del proceso. La Falcon C trabaja bien en la depuración (scavenger) en procesos de recuperación de valores a partir del procesamiento Tecnología de la Concentración Centrifuga
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de colas y relaves de ingenios. Una característica de esta serie es que permiten obtener mejores recuperaciones con menores costos de operación, pero además se elimina el agua de fluidización (a diferencia de la serie Falcon SB de concentradoras discontinuas) y el exceso de agua de proceso. Se logra también un alto rendimiento, se elimina la necesidad de contar con equipo de deslamado previo, lo que se recupera es un flujo continuo de concentrado de hasta 150 tph en una superficie de 6 m2. Esta tecnología ha sido puesta a prueba para oro, cobre, estaño, carbón, hierro, plata, minerales pesados y en especial tantalio. Con estas menas el centrifugador Falcon ha logrado excelentes resultados al efectuar el barrido del relave final. Una de las Empresas pioneras en el uso de la tecnología Falcon C es la Tantalum Mineral Corporation (Tanco) del Canadá para la recuperación de tantalio. Tanco ha instalado recientemente una unidad C400 para proceder a la limpieza del producto obtenido con una unidad C1000, reduciendo así el tonelaje que pasa al circuito de limpieza final. La unidad Falcon ha permitido a Tanco elevar la recuperación de la planta en su conjunto en aproximadamente 3%. Recientemente se concluyó con una serie de pruebas en la mina Kettle River (USA), de propiedad de Echo Bay, donde Falcon instaló una concentradora C1000 a fin de realizar la limpieza de los relaves sulfurados, obteniendo “excelentes’ resultados, de acuerdo al reporte de Falcon. E1 concentrado producido, con un 75% de sólidos en términos de masa, puede ser alimentado directamente, bien para remolienda o diluido para volver a la etapa de lixiviación en un circuito de cianuración. Esta modalidad de trabajo convenció a “Echo Bay” para adquirir la primera unidad C4000 para la limpieza de los residuos sulfurados del proceso de carbón en pulpa (CIP) (figura 33).
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Figura 33:
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Falcon modelo C 4000
La figura 34 muestra los espigots de descarga del concentrador Falcon.
Figura 34:
Espigots de descarga del preconcentrado, accionados reumáticamente.
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En figura 35 se observa los componentes de control principales del concentrador Falcon, como ser: la compresora, sistema de alimentación de aire y los paneles programables de control de operación (PLC basado en el variador de frecuencia VFD)
Figura 35:
Componentes de control Falcon Modelo “C”.
principales
del
concentrador
4.2.3.7. RESULTADOS OBTENIDOS CON EL CONCENTRADOR FALCON En tabla 6 se observa una comparación de resultados obtenidos en laboratorio con el Falcon Modelo SB40 y los obtenidos en planta con el modelo C400 (Bay, Kettle River Operations in Washington State, U.S.A. and Placer Dome’s Campbell Red Lake Mine).
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Tabla 6:
resultados SB40 de
Comparación de Falcon Modelo (Industrial)
Machine C400 Leach tails SB40 Leach tails C400 Leach tails SB40 Leach tails
obtenidos con equipos laboratorio y C400
Feed Grade Au (g/t)
Conc Grade Au (g/t)
Tail Grade Au (g/t)
Upgrad e Ratio
Mass Recover y
Met. Recover y
0.589
1.271
0.403
2.16
6.7
22.80
1.182
2.887
1.027
2.44
7.0
21.32
1.238
1.753
0.907
1.42
15.1
35.00
2.296
3.505
2.130
1.53
17.0
32.70
En tabla 7 se dan a conocer los resultados obtenidos con Falcon SB40 (17). Muestra “Under Flow Cono Espesador” del Ingenio Santa Elena – Empresa Minera Huanuni. Ley de cabeza 1,03 % Sn. Tabla 7:
Resultados obtenidos con Falcon SB40 – Muestra “Under Flow Cono Espesador” – COMIBOL - Huanuni
CONDICIONES DE OPERACIÓN PRECONCENTRADO PRUEBA PRESIÓN % FUERZA AGUA % PESO % Sn % RECUP. SÓLIDOS “G” (PSI) 1 30 300 0.50 35.80 1.50 81.50 2 30 300 1.50 29.90 3.68 79.70 3 30 200 1.00 33.20 3.24 77.80
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Tabla 8: Resultados típicos obtenidos con Falcon SB 40 en el procesamiento de menas auríferas (16). Mineral Preconcentrado de canaleta Colas relaves Coop. San Vicente Piritas calcinadas Colas relaves Coop. Virgen del Rosario Piritas auríferas
Tamaño de grano Malla Tyler - 100
Ley de Ley del cabeza concent. (g Au/t) (g Au/t) 264 4545
% Recup. 97,63
-100
12,26
193
98,58
-200 -200
60,60 7,06
1584 206
75,08 83,40
-200
67,70
425
72,27
Para poder costear el traslado y/o disposición final de las colas, en el año 2001 se han realizado varias pruebas a escala de laboratorio en Falcon SB40, a fin de recuperar los minerales de plata y estaño a partir de la muestra “relaves óxidos San Miguel – Potosí”. La mejor alternativa analizada comprende las siguientes etapas (18):
Clasificación de la muestra con corte en malla Tyler 100. molienda de la fracción mayor al tamaño de corte hasta que el 100 % pase por este tamaño Preconcentración de la fracción preparada, con repaso de las colas, a fin de obtener tres preconcentrados, que fueron analizadas por estaño por separado. Limpieza del preconcentrado obtenido, en la centrifuga Falcon (Presión 2 PSI).
Las condiciones de operación fueron: alimentación 25 Kg/hr, 35 % sólidos, 0,5 PSI de presión de agua de lavado y 80 Hz de velocidad (300 Gs). Los resultados se muestran en tabla 9.
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Tabla 9:
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Procesamiento en Falcon SB40 – Relaves óxidos San Miguel (Potosí)
Producto Concentrado K1 Concentrado K2 Concentrado 1+2 Concentrado K3 Total Concentrados Colas limpieza Pk2 Total Preconcentrado PK2 Colas Preconcentrado PK1 Total Preconcentrado PK1 Colas Generales Cabeza Calculada
% Peso 1,85 2,15 3,99 1,69 5,68 11,01 16,69 27,02 43,71 56,29 100,00
% Sn 12,70 7,90 10,12 6,00 8,89 2,20 4,48 0,85 2,24 0,50 1,26
% Distribución 18,62 13,47 32,10 8,06 40,16 19,24 59,39 18,25 77,64 22,36 100,00
También se han corrido una serie de pruebas en la centrifuga Falcon SB40 con la muestra “colas relaves antiguas – Telamayu” (19) . Las etapas de la mejor alternativa fueron:
Clasificación de la muestra en malla 100, serie Tyler. Molienda de la fracción +100 a 100% -100 Mallas Tyler. Flotación de sulfuros a partir de la fracción molida. Preconcentración del producto non float en centrifugador FALCON a 0,5 PSI de presión de alimentación de agua. Limpieza de los preconcentrados FALCON en mesa vibrante.
Los resultados se consignan en tablas 10 y 11. Tabla 10:
Balance Metalúrgico de la Flotación de Sulfuros
PRODUCTO
% PESO
% Sn
DM Ag
Espuma piritas 37,90 Non Float 62,10 Cabeza Calculada 100,00
0,40 1,10 0,83
2,90 1,11 1,79
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% DISTRIB. Sn 18,16 81,84 100,00
% DISTRIB. Ag 61,46 38,54 100,00
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Tabla 11:
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Balance Metalúrgico Resumido (Presión de Agua 0,5 PSI; 30 % Sólidos, 25 kg/h aliment.; 300 Gs.).
PRODUCTO 1. Conc.Mesa Limp. K 2. Mixtos Mesa Limp. 3. Preconcentrado Falcon (1+2) 4. Colas Falcon Cabeza Calculada (3+4)
% % DISTRIB. DISTRIB. TOTAL Sn TOTAL Ag 28,86 1,36 23,04 9,76
% PESO TOTAL
% Sn
DM Ag
1,05 15,82
20,70 1,10
2,34 1,12
16,87
2,32
1,20
51,90
11,12
45,23 62,10
0,50 1,00
1,10 1,13
29,94 81,84
27,42 38,54
4.2.3.8. DIAGRAMAS DE FLUJO TIPICOS
Feed tonnage (t/h) Feed grade (g/t) Gold units (g/h)
80.00 8.00 640.00 Circulating load (%) Tonnage (t/h)
Overflow tonnage Overflow grade Gold units
75.68 1.15 87.04
Falcon feed (t/h) Feed grade (g/t) Gold units (g/h)
12 % Of Cyclone Underflow 28.80 24.00 691.20
300.00 240.00
Falcon Recovery From the Overall Grinding Circuit is 86.4 % Mass Rec to Conc. (%) Conc tonnage (t/h) Recovery (%) Gold Units (g/h) Conc grade (g/t)
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15.00 4.32 80.00 552.96 128.00
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Figura 36:
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Instalación de Falcon Modelo C para el procesamiento de minerales de hierro.
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Figura 37:
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Circuito para la limpieza de carbón mineral
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Figura 38:
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Instalación de Falcon Modelo C para la recuperación de valores a partir de colas de flotación o lixiviación
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Figura 39:
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Circuito convencional para la recuperación de valores de yacimientos secundarios.
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Figura 40: Circuito convencional molienda - Falcon
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Figura 41: Circuito convencional molienda - Falcon
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4.3. CENTRÍFUGAS DE LECHO FLUIDIZADO PULSANTE Entre los principales equipos de concentración centrifuga que corresponden a este grupo podemos citar a:
Concentrador Kelsey jig. Concentrador multigravimétricos Mozley.
4.3.1. CONCENTRADOR KELSEY JIG 4.3.1.1. CARACTERISTICAS DE OPERACIÓN DEL KELSEY JIG El diseño radical de la centrífuga Kelsey Jig toma una criba convencional y lo hace girar en una centrífuga, permitiendo la generación de fuerzas de 100x de gravedad. Esto resulta en una eficiencia incrementada de separación de partículas, particularmente de tamaño fino, reduciendo significativamente de efecto de fuerzas que impiden la separación de partículas finas (20). La generación de la fuerza centrífuga es lograda por variables de control de velocidad de giro de la criba. Dentro del rotor una criba de forma parabólica es extendida coaxialmente junto con el rotor. La criba es alineada internamente con la cama que se esparce suavemente con la generación de la fuerza centrífuga. La carga a ser procesada se alimenta a través de una tobera central, en forma de pulpa, la cual llega a la base de la criba para que, en base al movimiento rotatorio, sea impulsada a la zona de concentración (cama). En esta operación las partículas sólidas de la alimentación son aceleradas hacia el lecho de la cama debido a la fuerza gravitacional aparente, mientras el lecho se eleva continuamente para desplazar selectivamente a las partículas de la alimentación. Aquellas partículas cuya gravedad específica exceden a la del material que conforma la cama podrán pasar por el lecho de la cama, hacia los recipientes de retención de los concentrados de donde son descargadas a través de los spigots en forma de pulpas. En cambio, los minerales más livianos (material estéril) que el lecho conformado por la cama serán descargados por encima del tope de los anillos de la criba de retención de la cama Tecnología de la Concentración Centrifuga
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con la ayuda de los limpiadores. El proceso de impedir el asentamiento dentro el lecho no es solo ejercido por la fuerza centrífuga sino también por la pulsación del lecho de la cama. La pulsación del lecho es logrado a través de los brazos de mecánicos conectados a los diafragmas instalados en la parte baja de los recipientes de retención de los concentrados. La sección interna de los recipientes está encasillada por la criba de retención de la cama. Durante una operación normal cada recipiente de concentrado es suministrado con agua de tal forma que el rango de suministro exceda el rango al cual el agua pase hacia fuera, debido a la fuerza centrífuga, a través de los spigots de descarga de concentrados. El agua en exceso pasa a través de la criba de retención de la cama para descargarse en forma de pulpa conjuntamente con el material de menor peso específico al de la cama, por encima del anillo de retención de la cama. El diafragma flexible de la criba es sellado a la sección externa en cada una de las celdas del concentrado. El agua contenida dentro de la celda presiona contra el diafragma, debido a la fuerza centrífuga actuando sobre este, y consecuentemente fuerza al diafragma en contra de las piezas que generan la pulsación. Estas piezas presionan contra el diafragma, a una frecuencia y amplitud fijada por el operador, dilatando así el lecho de la cama. Las ondas de golpe producidas por el pulso tienen un efecto doble. Primeramente dilatan el lecho de la cama, como se mencionado en líneas arriba, permitiendo que los minerales entren al lecho. En segundo lugar, acentúan los valores de aceleración entre las partículas de gravedades específicas diferentes. Este fenómeno puede es explicado del siguiente modo: Las partículas que son sometidas a una fuerza constante aceleraran a una razón proporcional a su masa hasta que alcancen una velocidad crítica. Esta velocidad crítica esta principalmente relacionada con el área de la superficie de la partícula, por lo tanto, las partículas del mismo tamaño pero de diferente gravedad específica se separaran cuando se Tecnología de la Concentración Centrifuga
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coloquen en un campo de fuerza constante, pero disminuirán grado de separación lentamente una vez que hayan alcanzado velocidad crítica. Las ondas de choque, producidas por acción pulsante de la criba, detendrán continuamente asentamiento de las partículas de tal manera que estas alcancen la velocidad crítica y como resultado estas separaran a un rango inicialmente rápido a lo largo de él.
el la la el no se
El clasificador hidráulico centrífugo Kelsey (jig Kelsey) fue desarrollado por Chris Kelsey en la década del 70 y desde 1990 se lo utiliza en varias empresas mineras grandes en el mundo (21) . El jig centrífugo Kelsey fue concebido a partir del jig Harz instalado en posición horizontal girando en un campo centrífugo como se muestra en figura 42. El equipo emplea un mecanismo complicado que hace rotar la criba para generar el campo centrífugo y un diafragma fijo instalado detrás de la criba que permite el movimiento de la cama pulsante(7).
Figura 42. El jig Kelsey
Este sistema único de separación y recuperación patentado en más de 40 países, difiere de los demás jigs no solo porque trabaja a aceleraciones de gravedad mayores que llegan hasta 60 “Gs”, sino que la cama de partículas finas que se forman, actúan como una pulpa de medio denso que facilita la eficiencia de separación(1). Respecto a los equipos de separación por gravedad denominados como convencionales, el jig Kelsey ofrece las siguientes ventajas:
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Alta ley y recuperación Eficiente recuperación de minerales finos de difícil recuperación por procedimientos convencionales Separación de minerales con bajo peso especifico Elevas capacidades de procesamiento Proceso de una sola etapa, sin mixtos, solo concentraos y colas Operación continua Bajo consumo de energía Amplio rango de densidades de pulpa de alimentación. No requiere deslame para el procesamiento de menas. Medioambientalmente aceptable (sin uso de reactivo)
En el procesamiento de menas auríferas ofrecen las siguientes ventajas:
Recuperación de partículas de oro libres menores a 5 micrones. Recuperación de minerales sulfurosos que contienen oro inferiores a 10 micrones. Elevados radios enriquecimiento de hasta 100:1. Las unidades operan continuamente. Una unidad completa con todos sus accesorios trabaja con la máxima eficiencia. Medioambientalmente aceptable.
Durante el funcionamiento de la máquina, la alimentación por la tobera central se realiza en un rango de 20 a 60 % sólidos, que por efecto de la fuerza centrífuga que genera la criba al rotar, la carga es lanzada contra la pared vertical de la criba, formando de esta manera una cama pulsante por efecto del diafragma. Durante esta operación las partículas pesadas atraviesan esa cama y se descargan en forma horizontal por el hucht en forma continua y los granos livianos salen del tazón, que forma la criba, por rebalse. Para evitar el taponamiento de la criba, las partículas alimentadas deben ser 200 micrones menores a la abertura de la criba.
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La capacidad del jig Kelsey partículas pesadas que exista conformaran el concentrado.
depende del porcentaje de en la alimentación y que
Los jigs Kelsey pueden tratar partículas muy finas, hasta de 10 micrones, dependiendo de la aceleración que se imprima a la centrífuga. En la figura 43 se esquematiza el concentrador Kelsey Jig. La figura 44 muestra el rango de tamaños de partículas en la que opera el Kelsey Jig en comparación a los otros equipos de concentración de tipo convencional.
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Figura 43. Esquematización del Kelsey Jig.
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Figura 44
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Rango de trabajo del Kelsey Jig frente a otros equipos de concentración gravimétrica convencionales.
4.3.1.2. MODELOS DE KELSEY JIG CENTRIFUGA KELSEY JIG MODELO J200 El equipo que corresponde a este modelo fue desarrollado principalmente para efectuar pruebas a escala de laboratorio y planta piloto, donde se analizan el efecto de todas las variables de operación que influyen en la concentración de una mena en particular vía aplicación del equipo Kelsey Jig. Una vez establecida las mejores condiciones de trabajo se realiza el escalamiento a un equipo industrial. En tabla 12 se consignan las características de trabajo del KJC modelo J200. Tabla 12:
Características técnicas del Kelsey Jig Mod. J200
Overall Dimensions Operating Mass Number of Hutches Lubrication System
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1025 x 640 x 748 mm 350 kg 4 Greasing points only Pivot Pins Main Shaft Deublin Coupling
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Pipework Connections Feed Slurry Hutch Water Concentrate Discharge Tailings Discharge Electrical Connections Nominal Capacity Feed Pulp Density Nominal Optimum Maximum Feed Particle Size Hutch Water Standard Water Nozzle Diameter Standard Concentrate Spigot Diameter Nominal Addition Rate Maximum Addition (Supply) Rate Minimum Supply Pressure Maximum Particulate Size Maximum Particulate Content Acceptable pH Range Standard Internal Screen Apertures Ragging Material Bed Depths (Retention Rings) Standard Range Minimum Particle Size Spin Motor Specifications Nominal Operating Range Pulse Motor Specifications Nominal Operating Range Pulse Amplitude (Stroke) Nominal Operating Range Maximum
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20 mm N.B. open pipe 15 mm N.B. BSP to Deublin coupling 50 mm N.B. open pipe (hose to be fitted) 50 mm N.B. open pipe (hose to be fitted) 3 phase, 15 A, 415 V, 50 Hz 10-100 kg/h
3
25-65 % solids 35-45 % solids 500 µm 2.5 mm 2.5 mm 15-30 l/min 40 l/min 250 kPa 300 µm 2000 g/t 5-9 200, 300, 425 and 600 µm
25 mm 18-30 mm 300 µm (200 µm internal screen) 3.0 kW, 415 V, 50 Hz, 4 pole TEFC 27.5-50 Hz 1.5 kW, 415 V, 50 Hz, 4 pole TEFC 35-50 Hz 1.8-2.8 mm 3.5 mm
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CENTRIFUGA KELSEY JIG MODELO J1300 Al igual que en los otros equipos de este grupo, la centrifuga Kelsey Jig modelo J1300 (figura 45) involucra todos los parámetros de un jig convencional añadiéndole la fuerza centrífuga. Para una operación continua introduce un sistema automático de limpieza de criba controlado por PLC.
Figura 45. Kelsey Jig Modelo J1300
Sus características técnicas son:
Velocidad de alimentación Granulometría alimentación Densidad optima alimentación Velocidad de giro Velocidad de pulsación Amplitud de golpe Punto de corte Agua de elutriación Abertura interna de la criba
: Aproximadamente 25 t/h de sólidos : <500 µm : : : : : : :
3.5 - 40% sólidos 150 - 250 rpm 1800 - 2400 pm 2 -3 mm 3.0 - 6.0 s.g. 300 - 600 l/min
: 200 - 600 µm
CENTRIFUGA KELSEY JIG MODELO J1800 Las características técnicas consignan a continuación:
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de
diseño
de
este
modelo
se
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Velocidad de alimentación Granulometría alimentación Densidad optima alimentación Velocidad de giro Velocidad de pulsación Amplitud de golpe Punto de corte Agua de elutriación Abertura interna de la criba
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: Aproximadamente 60 t/h de sólidos : <500 µm : : : : : :
35 - 40% sólidos (optimo) 150 - 200 rpm 1800 - 2400 pm 2 -3 mm 3.0 - 6.0 s.g. 300 - 800 l/min
: 200 - 600 µm
4.3.1.3. VARIABLES DE OPERACION Las variables de operación que afectan el desempeño metalúrgico de la criba pueden ser divididas en dos categorías, estos son: LOS RELACIONADOS A LA ALIMENTACION
Tipo de alimentación Densidad de alimentación (relacionado con el flujo volumétrico) Caudal de alimentación (tonelaje) Distribución de tamaño de la alimentación Gravedad específica entre los minerales a ser separados
LOS RELACIONADOS CON LOS PARAMETROS DE LA MAQUINA
Velocidad de giro (campo gravitacional inducido) Frecuencia de pulso Amplitud de pulso (referido a la amplitud del golpe) Tipo de cama, gravedad específica y distribución de tamaño Profundidad del lecho de la cama Tamaño de apertura de la criba Caudal de adición de agua y presión
Para comprender adecuadamente el efecto de cada uno de los parámetros de la maquina es necesario describir lo siguiente:
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Cama (Ragging): Material granular sólido, aproximadamente con 40 % de tamaño mayor que la abertura de la rejilla de la criba, con una gravedad específica que esté entre el concentrado y los minerales denominados como ganga (cola). Velocidad de giro: Velocidad de rotación del rotor que gira conjuntamente la criba. Usualmente se expresa en revoluciones por minuto (rpm). Frecuencia de pulso: Número de pulsaciones por minuto de cada brazo de pulso individual debido al accionamiento del motor de pulsación. Generalmente es expresado como pulsos por minuto (ppm). Pulso Efectivo: Número real de pulsos por minuto que imprime cada brazo de pulsación, debido al efecto combinado del motor de rotación y el motor de pulsación. Es la suma de la velocidad de giro y la frecuencia de pulso. Este efecto es debido a las direcciones de giro y pulso rotando en direcciones opuestas. Amplitud de pulsación: Desplazamiento superficie de cada pulso (golpe).
que
ocurre
en
la
Agua de pulsación: El agua de pulsación es suministrada a la criba a través de la tubería central de alimentación de agua, que se distribuye igualitariamente a cada una de las tolvas del Jig Kelsey vía un distribuidor de agua central. El agua ingresa por el fondo de cada recipiente (tolva) a través de una tobera de 2 a 8 mm de diámetro, dependiendo del modelo del jig. El agua de pulsación actúa como un medio por el cual los brazos de pulso se mueven y esto es convertido en la dilatación del lecho. Toberas de agua: Estas toberas de alimentación de agua de pulsación, permiten regular el volumen y la presión del agua de pulso que entra en las tolvas de recepción del concentrado. Espigots del concentrado: Los spigots del concentrado controlan el volumen de concentrado que puede fluir a través de las tolvas de recepción de concentrado En los equipos, los spigots son construidos de material sintético.
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Portadores de spigots de Concentrado: Estos portadores de spigots, como su nombre indica, tienen la facultad de retener el spigot de descarga de concentrado. Estos portadores se ajustan a la tolva mediante roscas que permiten ser removidos para la limpieza de los spigots (toberas). Cedazo de la Criba: El cedazo de la criba tiene una configuración cilíndrica y diseñada con aberturas. Este cedazo está inserto al ras dentro el molde de la criba, sellando la base y cada divisor de la tolva. Su función primaria es retener la cama (ragging) mientras permite la concentración de los materiales pesados, para que estos pasen a lo largo y dentro de las tolvas del concentrado. INTERACCIÓN DE LOS PARÁMETROS Es importante entender y conocer el efecto de cada conformación del Kelsey Jig (KCJ) (21) y los parámetros operacionales. Se advierte que la mayoría de estos parámetros se interrelacionan en su efecto en la acción metalúrgica. Un ejemplo adecuado de esto es el efecto del aumento de la velocidad del giro. Una velocidad de giro mayor aumentará la fuerza “G” ejercida sobre las partículas de la mena a ser procesada y generalmente aumentará la recuperación de minerales finos. El incremento en el giro del rotor también aumentará el número de pulsos por minuto (debido a su rotación en la dirección opuesta a la acción del pulso), y en consecuencia la recuperación total creciente. Sin embargo, un aumento excesivo en el giro producirá una mayor consolidación de la cama en la criba que a su vez disminuirá la recuperación de los valores de los minerales y aumentara la calidad del concentrado (ley del producto concentrado). La tabla 13 se usa como una guía general para establecer el efecto de los parámetros operacionales en la calidad del concentrado esperado y su recuperación, cuando todos los otros parámetros permanecen constantes.
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Tabla 13: Efecto de los parámetros operacionales del KCJ 200 El parámetro Velocidad de alimentación Velocidad de giro Frecuencia del pulso Amplitud del pulso Agua de pulsación Tamaño de cama Altura de cama Peso específico de la cama
Incrementa
Efecto sobre la Calidad del recuperación concentrado Incrementa Disminuye
Incrementa
Incrementa
Disminuye
Incrementa
Disminuye
Incrementa
Incrementa
Disminuye
Incrementa
Incrementa
Incrementa Incrementa Incrementa
Disminuye Incrementa Incrementa
Aumenta para partículas gruesas Disminuye para partículas finas Incrementa Disminuye Disminuye
El cambio
4.3.1.4. APLICACION En la actualidad los concentradores centrífugos Kelsey Jig han sido instalados en más de 20 plantas ubicadas alrededor del mundo para el procesamiento de diferentes tipos de menas de hierro y estaño. El clasificador hidráulico Kelsey también ha sido utilizado exitosamente para la recuperación de cromita, tantalio, oro aluvial y de vetas en rangos de tamaño de partícula de hasta 5 micrones. En el siguiente específicas.
cuadro
se
muestran
sus
aplicaciones
Minerales de titanio Minerales pesados a ser separados del cuarzo Zircón de la sillimanita Rutilo y Zircón de minerales no magnéticos
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Minerales de estaño Recuperación de mineral de estaño en los circuitos de molienda. Sustituye a la flotación de casiterita Incremento en la ley final del concentrado Recuperación de casiterita a partir de colas antiguas. Oro
Recuperación de oro de yacimientos aluviales Recuperación de oro en los circuitos de molienda Tratamiento de la alimentación a lixiviación Procesamiento de colas del proceso CIP.
Mineral de hierro Hematita de sílice Hematita de carbonatos de manganeso Hematita de apatita Otras aplicaciones Pigmentos de TiO2 Metales base (Cu/Pb/Zn/Co). 4.3.1.5. RESULTADOS OBTENIDOS CON EL CONCENTRADOR KELSEY JIG A continuación típicos.
se
consignan
los
resultados
de
dos
casos
MENA DE ORO. Caso 1: En el siguiente ejemplo se muestran los resultados obtenidos en el tratamiento de cinco muestras de arena aurífera. La finalidad fue el de recuperar oro aluvial fino vía uso del concentrador Kelsey Jig, con cuyo propósito, las muestras fueron sometidas a una etapa de clasificación en 572µm de
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tamaño. La fracción mayor a este tamaño fue descartada por no ser portador de oro, sometiéndose al proceso de enriquecimiento solo la fracción menor al tamaño indicado. En esta operación, las recuperaciones de oro en el concentrado del Kelsey Jig han estado comprendidos entre 89% a 96% La tabla 14 resume estos resultados. Tabla 14:
MUESTRA Muestra Muestra Muestra Muestra Muestra
1 2 3 4 5
Resultados obtenidos de yacimiento aluvial de oro.
cinco
ALIMENTACION CONCENTRADO (g/t Au) (g/t Au)
COLAS (g/t Au)
0.49 0.50 0.69 0.85 2.07
4.03 6.81 10.5 16.27 91.80
0.04 0.04 0.04 0.10 0.10
muestras
de
% RECUPERACION Au 92.1 92.9 94.5 89.3 95.5
Caso 2: En el siguiente ejemplo se presentan los resultados de una serie de pruebas corridas con el Kelsey Jig con muestras obtenidas en varias áreas de un yacimiento aurífero en el Golfo de Alaska. Mineralógicamente el oro se presenta en forma de hojuelas finas con aproximadamente 500 micrones de diámetro pero menos de 20 micrones de espesor. La ley de la carga de alimentación estaba comprendido entre 0.04 a 4.00 g/t, las recuperaciones variaron de 88 a 98% con contenidos de 2 a 85 g Au/t. Un resumen de los resultados se muestra en tabla 15.
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Tabla 15:
Resultados obtenidos con el KCJ en la evaluación de un yacimiento aurífero. % ALIMENTACION CONCENTRADO COLAS MUESTRA RECUPERACION (g/t Au) (g/t Au) (g/t Au) Au Área A 1.04 37.2 0.07 93.4 Area A 0.68 11.7 0.07 90.2 Area B 4.00 61.6 0.08 98.6 Area C 0.08 2.09 0.01 88.0 Area D 0.38 12.6 0.01 97.4 Área E 0.54 84.4 0.01 95.5 La distribución granulométrica de los productos fue: Tamaño µm - 300 + 75 - 75 + 38 - 38
% Distribución Au 63 21 16
Caso 3: Muestra los resultados referente a la recuperación de oro fino refractario contenido en una mina de Asia Central. El oro se presenta predominantemente en Pirita y Arsenopirita en esquisto carbonaseo. El Kelsey Jig mejora la recuperación del oro total, recolectando de los sulfuros de granulometría fina (colas) del circuito de gravimetría compuestos por mesas vibradoras. Los resultados obtenidos se muestran en tabla 16. Tabla 16:
Balance metalúrgico del procesamiento de una mena con oro refractario
Producto Concentrado Colas Alimentación (Colas Mesa)
% Peso 21.5 78.5 100.0
Au (g/t) 67.6 7.6 20.5
% S 13.2 1.9 4.2
% Distribución Au 70.9 29.1 100.0
Las colas del Kelsey Jig son recirculas a la alimentación previa reducción de tamaño. Mena de estaño Caso 1: La recuperación de mineral de estaño a partir de Tecnología de la Concentración Centrifuga
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depósitos de roca dura incorpora varias etapas, relacionando un amplio rango de procesos físicos y químicos. La carga mineral es inicialmente reducida en tamaño a aproximadamente 300 µm, del cual se requiere separar los sulfuros por flotación colectiva para una eficiente recuperación de la casiterita. Un circuito gravimétrico típico consiste de una combinación de hidroclasificadores, cribas vibratorias, espirales, mesas vibratorias, ciclones, separadores magnéticos, etc. La planta incorpora una etapa de remolienda (a ~75 µm) para liberar la casiterita. La concentración gravimétrica permite obtener un concentrado final con una ley de 45 a 50 % Sn (después de la flotación de sulfuros. El producto de la remolienda de las colas de gravimetría es generalmente deslamado (a < 10µm) antes del proceso de flotación de casiterita para recuperar casiterita fina en un circuito gravimétrico convencional. Los concentrados obtenidos en esta etapa tienen una ley en el orden de 25 a 40 % Sn. La incorporación de equipos Kelsey Jig en los procesos de concentración de casiterita conduce a obtener las siguientes ventajas:
Alta recuperación de casiterita fina (< a 10µm) en una simple etapa. Concentrados con leyes altas (60 a 65 % Sn), con altas recuperaciones. Operación continua con tonelajes de 5–60 tph, por unidad de equipo. No existe corriente de mixtos, solo concentrados y colas.
La instalación de un equipo KCJ en el circuito de una planta de casiterita en operación mejora la operación por:
Pre concentración de la casiterita antes de la flotación de sulfuros. Reduce las cargas recirculantes y la sobremolienda de mineral de estaño. Incrementa la ley del concentrado y la recuperación.
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Incrementa la recuperación de casiterita en rangos de tamaño menores a 38µm. Reducción o eliminación de los requerimientos de: 1. Alto costo de flotación de casiterita. 2. Control medioambiental.
En la instalación de nuevos minerales puede dar lugar a:
circuitos
de
procesamiento
de
Simplicidad del circuito. Reducción de costos de operación
La centrifuga Kelsey Jig disminuye las limitaciones de un circuito convencional de concentración de casiterita por gravedad ampliando el rango de separación por gravedad a un rango de tamaños mucho más fino. La tabla 17 y la figura 46 muestran los resultados del trabajo del Kelsey Jig modelo J1300 instalado en una planta de procesamiento de una mena cuyo valor económico es la casiterita. Los resultados logrados, consignados en tabla 16, muestran una alta recuperación en rangos de tamaños finos en un circuito primario de separación por gravedad. Tabla 17:
Análisis granulométrico y tenor de los productos obtenidos en el procesamiento de una mena de estaño.
Tamaño -425 + 150 µm -150 + 106 µm -106 + 75 µm -75 + 53 µm -53 + 38 µm -38 + 26 µm -26 + 20 µm -20 + 14 µm -14 + 9 µm -9 + 6 µm -6 µm TOTAL
Aliment. % Peso 2.0 15.2 34.8 22.2 13.7 0.6 3.9 2.5 1.5 11 2.6 100.0
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Aliment. %Sn 0.42 0.32 0.48 0.66 1.40 19.9 19.9 11.6 7.05 3.23 3.45 1.96
Concent. %Sn 11.8 0.54 0.65 1.03 2.47 25.4 25.4 17.2 12.1 5.90 8.76 5.03
Colas %Sn 0.24 0.28 0.40 0.47 0.68 4.73 4.73 1.6 1.74 2.5 2.61 0.57
% Recup. Sn 43.7 26.0 43.3 52.9 71.0 93.7 93.7 95.0 88.0 39.2 34.7 80.0
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Figura 46. Recuperación Acumulada de casiterita versus Tamaño de Partícula
Recuperación Acumulada de Casiterita
90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 1
10
100
1000
Tamaño de Particula (µm)
Los siguientes ejemplos muestran varias aplicaciones del KCJ en un circuito tradicional de concentración por gravedad. Preconcentración de mineral de casiterita. La figura 47 y tabla 18 muestran los resultados de operación de una planta de procesamiento de casiterita.
la
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
100
90 80
70 60 50 40 30
Grade (%Sn)
Recovery (%Sn)
Cassiterite Pre-Concentration with the Kelsey Centrifugal Jig
20 10 0 1
10
100
Concentrate Mass Yield (%) Recovery
Figura 47.
Feed Grade
Concentrate Grade
Grafica de preconcentracion de casiterita con centrifuga Kelsey Jig.
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Tabla 18:
Balance metalúrgico de la preconcentración de casiterita Alimentación Concentrado Colas Peso 100.0 7.0 93.0 Tenor (%Sn) 2.3 21.0 0.9 Recuperación (% Sn) 100.0 64.0 36.0 Limpieza final de concentrado de casiterita Las tablas 19 y 20 muestran los resultados metalúrgicos obtenidos con el KCJ en dos diferentes plantas en la etapa de limpieza. Tabla 19: Balance metalúrgico planta 1 Alimentación Concentrado % Peso 100.0 54.0 Tenor (%Sn) 42.0 73.0 Recuperación (% Sn) 100.0 93.0
Colas 46.0 6.0 7.0
Tabla 20: Balance metalúrgico planta 2 Alimentación Concentrado % Peso 100.0 40.0 Tenor (%Sn) 39.0 62.0 Recuperación (% Sn) 100.0 65.0
Colas 60.0 23.0 35.0
Limpieza del concentrado de flotación de casiterita La habilidad del KCJ para recuperar minerales muy finos con altas recuperaciones puede ser aplicada para la limpieza de la casiterita flotada con la finalidad de obtener un concentrado final de alta ley. La figura 48 muestra la operación del KJC en el caso mencionado.
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Figura 48
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Grafica de limpieza del concentrado de flotación con centrifuga Kelsey Jig.
En el año 2004, en la Empresa RBG Minera Huanuni-INTERVENCION se han realizado también pruebas metalúrgicas experimentales a escala piloto utilizando equipos de concentración centrifuga como: KELSEY JC200 y Falcon C400 (continuo). Los mencionados equipos fueron instalados para el tratamiento de 4 tipos de mineral de estaño (casiterita) en circuitos independientes de jig Kelsey y Falcon así como combinaciones de ellos con mesas de concentración vibrantes Deister lameras. En el Informe Técnico No 02/04 (Proyecto P-4/04) (22) de la Universidad Técnica de Oruro se dan a conocer in extenso los resultados obtenidos en esta operación, cuyo resumen es como sigue: Alimentación proveniente del overflow de ciclones Krebs El d80 del overflow de ciclones muestra que el 80% de las partículas se encuentra en un tamaño menor a 37 micrones, lo cual indica la dificultad de su procesamiento por procedimientos convencionales. Mediante el uso de la centrifuga Kelsey jig se ha logrado una recuperación del 80% de Sn, con grados de enriquecimiento Tecnología de la Concentración Centrifuga
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superiores a 7 y descarte de colas con tenores menores al 0,18 % Sn. En la etapa de limpieza en mesa vibratoria se logra obtener un concentrado con alrededor de 60 % Sn y recuperación próxima a 77 %. La combinación Falcon – Kelsey reporta índices de recuperación y ley menores. Alimentación proveniente del Underflow de ciclones Se trata también de material en granulometría fina cuyo d80 es 30 micrones. En la aplicación de la centrifuga Falcon se obtienen preconcentrados con recuperaciones mayores al 80 % con radios de enriquecimiento mayores a 3,4. En la limpieza de estos productos en mesas vibrantes se alcanzan leyes de 55 % Sn con recuperaciones totales del orden del 62 %. Por otra parte el jig Kelsey da lugar a leyes y recuperaciones superiores y en combinación con mesas se obtienen concentrados con ley promedio del 69 % Sn con recuperaciones totales superiores a 71 %. Alimentación proveniente del Overflow del clasificador Akins Considerado como concentrado de baja ley de Sn, cuyo d80 es 37 micrones. El tratamiento de este material vía uso del concentrador Falcon arroja productos enriquecidos con leyes comprendidas entre 22 y 30 % de Sn. Los mejores resultados para este material son aquellos que se obtuvieron en jig Kelsey, equipo que permite la obtención de concentrados de 40 % Sn y recuperaciones mayores a 50 %. Alimentación de carga fresca de ingenio El material procedente de la mina, fue preparado por reducción de tamaño en molino a aproximadamente –40 Mallas Tyler, luego este producto fue sometido a una etapa de flotación de sulfuros, de donde el non float fue alimentado al Kelsey Jig. El d80 de este producto es 70 um.
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Bajo estas condiciones y considerando una proporción de distribución en peso, en fracciones finas/gruesas de aproximadamente 70/30 en la alimentación, se puede obtener en el jig Kelsey concentrados con 30 % Sn y recuperaciones superiores a 70% que subirían de ley significativamente si se aplica la limpieza en mesas. 4.3.1.6. DIAGRAMAS DE FLUJO La figura 49 muestra un flujograma típico de procesamiento utilizando esencialmente equipos Kelsey Jig para obtener concentrados finales con leyes mayores al 50 % Sn. La operación de cada uno de los equipos KJC industriales puede ser establecida vía pruebas con el equipo modelo KJC J200 de menor tamaño. El diagrama de flujo siguiente ofrece ventajas significativas por su simplicidad y requerimiento de equipos adicionales. DIAGRAMA DE FLUJO DE CONCENTRACION DE CASITERITA CON KCJ ALIMENTACION 1% Sn
MOLIENDA +500 µm
CLASIFICACION -212 µm
ROUGHER FINOS KCJ
+212-500 µm
50% Sn
65% Sn
ROUGHER ARENAS KCJ
MESA
CONC. FINAL 53% Sn, 90% Rec.
SCAV FINE KCJ
COLA FINAL 0.1% Sn
SCAV ARENAS KCJ
CICLONES
MOLIENDA
Figura 49.
Diagrama de flujo típico para la concentración gravimétrica de la casiterita con el KJC.
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Figura 50:
Circuito típico Kelsey Jig.
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de
instalación
del
centrifugador
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Figura 51:
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Diagrama de flujo para el procesamiento de una mena de estaño.
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Figura 52:
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Circuito gravimétrico con recuperación de casiterita
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remolienda
para
la
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Figura 53:
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Flujograma para la recuperación de cobre nativo
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4.3.2. SEPARADOR MULTI GRAVIMETRICO (GMS) 4.3.1.1. CARACTERISTICAS DE OPERACIÓN DEL GMS En esencia, el separador multi gravimétrico (GMS), desarrollado por Richad (1) Mozley , es semejante a una mesa vibratoria potente y compacta, en la que la tradicional superficie horizontal se encuentra envuelta en un cilindro cónico, el cual al rotar con rapidez desarrolla un fuerte campo gravitacional (fuerza centrífuga), idóneo para la recuperación de partículas finas y ultra finas. En la figura 54 se muestra el principio de separación del concentrador Mozley.
Figura 54:
Separador Multi Gravimétrico (GMS).
Las partículas contenidas en la alimentación son separadas en una delgada película dinámica de agua, sometida a la acción de una fuerza varias veces superior al de la gravedad. Cabe destacar que una vez que los parámetros han sido definidos se requiere una intervención mínima del operador para lograr una separación gravimétrica eficiente (23). Esta tecnología (MGS) ha sido aplicada con eficientes resultados, principalmente en depósitos de baja ley con minerales de grano fino a ultra fino, o en el reprocesamiento de depósitos secundarios como los relaves antiguos y recientes. De acuerdo a Tucker (1991) las variables más importantes que gobiernan la operación de estos equipos centrífugos son: la velocidad de rotación, el movimiento oscilatorio, el ángulo de inclinación del tambor y la alimentación del agua de lavado.
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5.3.1.2. VENTAJAS Las principales ventaja que ofrece esta tecnología son:
Alta capacidad Mejor calidad del producto Incremento en la recuperación Aplicación en la separación de partículas ultra finas Eficiencia energética Mantenimiento mínimo Menor costo de operación respecto a separación gravimétrica convencional o circuitos de flotación No requiere reactivos químicos
4.3.1.3. MODELOS DEL CONCENTRADOR GMS Entre los principales modelos de centrifugos Mozley podemos citar a:
equipos
concentradores
Separador Multi Gravitatorio de Laboratorio C900 Para desarrollar pruebas a escala de laboratorio, la empresa GMS ha diseñado el equipo continuo C900 (figura 55) cuya capacidad está en el orden de 0,2 t/h. Su diámetro medio es de 0,5 m por 0,6 m de largo, cuyo tambor gira en sentido contrario a giro de las agujas del reloj a una velocidad que varía entre 140 a 300 RPM produciendo una fuerza centrífuga que varía de 6 a 24 “Gs”. El tambor es sometido a un movimiento oscilatorio con una frecuencia de 4 a 6 ciclos por segundo y con una amplitud de golpe de 6 a 12 mm. El agua de lavado se adiciona en las cercanías de la descarga del tambor. La figura 47 muestra el equipo antes mencionado.
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Figura 55:
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Equipo de laboratorio Multi Gravity Separador C-900.
El modelo C900 compuesta por un solo tambor es presentado en dos tamaños, uno con una capacidad de procesamiento de 200 kg/h de solidos con una dilución de 20 a 50 % sólidos y el otro capaz de beneficiar 550 kg/h con alimentación de 30 a 50 % solidos. Separadores Multi Gravitatorios Industriales Los modelos C902 MGS y el MeGaSep corresponden a los equipos industriales de alta capacidad, esto quiere decir que pueden superar una capacidad de procesamiento de 5 t/h. Estos básicamente esta compuestas por dos tambores y vienen equipados con sistemas de control automatizado para el movimiento y regulación de variables, lo cual permite su simplicidad en el control de operación. Las figuras 56 y 57 corresponden a los citados equipos.
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Figura 56:
Figura 57:
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Multi Gravity Separador mediana capacidad
Mod.
C902
de
MeGaSep™ Multi-Gravity Separator de alta capacidad
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4.3.1.4. APLICACION Durante los últimos años se ha lanzado al mercado una nueva generación de separadores multi gravimétricos (MGS) para diversas aplicaciones, las cuales incluyen la reducción de cenizas y azufre inorgánico en carbones minerales finos, metales preciosos, minerales industriales, minerales sulfurados de plomo, zinc, níquel, etc., óxidos de metales base y menas de bajo valor unitario, como es el caso de los lodos y lamas de hierro. Las nuevas aplicaciones incluyen el procesamiento de residuos de carbón mineral, recuperación de hierro en grano fino proveniente de circuito convencional compuesto por espirales. El las figuras 58 y 59 se muestran los resultados obtenidos en el procesamiento de menas de hierro y carbón respectivamente.
Figura 58:
Curva: Ley Vs. Recuperación Muestra: Colas de espiral.
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de
Fe.
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Figura 59: Limpieza de carbón mineral en la fracción <0,5mm.
5.3.1.5. CARACTERISTICAS TECNICAS DE LAS CENTRIFUGAS MOZLEY Tabla 21: Características técnicas de los separadores Multy Gravimétricos Mozley.
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5. PLANTAS MODULARES Con la finalidad de contar con un método simple y económico para la recuperación de oro aluvial proveniente de pequeñas operaciones, Bateman Process Equipment (BPE) diseñó los módulos Gold RAMP (Plantas Modulares para la Recuperación de Oro Aluvial)(24) como se muestra en figura 60.
Figura 60:
Planta modular pequeña para el procesamiento de yacimiento aluvial de oro.
Para el procesamiento de yacimientos primarios de oro en pequeña escala las plantas modulares son móviles, autónomas y completamente operativas. Cada una de las pequeñas plantas modulares cuenta con una chancadora de quijada, un molino de bolas y una concentradora centrífuga de oro, montadas sobre un bastidor empernado de acero, a fin de tener completa movilidad y facilitar el mantenimiento. En las plantas actuales de procesamiento de minerales de este tipo, la alimentación a la trituradora de mandíbulas se realiza manualmente, del cual el producto se descarga a través de un chute a un molino de bolas de 1 - 2 tph de capacidad. El Tecnología de la Concentración Centrifuga
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producto de la molienda, en granulometría apropiada para la recuperación del oro, es descargado a un concentrador centrífugo, del cual se recupera el oro libre y se descarga el relave por medio de un tubo. 6. BIBLIOGRAFÍA 1. Clifoord D., “Concentración Gravimétrica”, Mining Journal – Edición en español, Septiembre, 1999. 2. Burt R. O., “Gravity Concentration Technology”, Science Publishers B. V., Amsterdam, 1984.
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Systems,
Richard
Mozley
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