Proceso de conminucion de concentración de minerales Proceso de conminución 1 Aspectos técnicos generales de la conminución Se usa el concepto de conminución para identificar los procesos que tienen que ver con la acción de reducción de tamaño de los minerales y que permiten liberar las especies valiosas contenidas en ellos. Según este concepto, la tronadura en la mina es el primer proceso de conminución en la línea de operaciones de mina y planta. Para el control metalúrgico, operacional y chequeo de las características de diseño de una planta de conminucion, operacional y chequeo de las características de diseño de una planta de conminucion de minerales, es importante contar con toda la información necesaria para realizar los balances de materiales en cada punto del proceso. Esto es importante, ya que es una manera indirecta de verificar que los equipos, habitualmente enlazados entre sí por un sofisticado sistema de automatización y control, se encuentra operando dentro de los márgenes de los diseñado y poder detectar cualquier variación de algunos de los parámetros operacionales habituales, como puede ser, por ejemplo, la granulometría de alimentación y descarga de algún circuito del proceso o el porcentaje de sólidos de la pulpa en un determinado punto del proceso. De esta forma se podrá determinar de una manera rápida cual es la fuente que esta ocasionando el problema. Desde la mina hasta las distintas etapas de chancado se estará operando en seco, sin agua. Desde la alimentación a la molienda en adelante, siempre se estará operando con pulpas, por lo que es de primordial importancia tener un amplio conocimiento sobre la ruta a seguir para obtener la información requerida para realizar y revisar los cálculos que se requieran, pero si no se cuenta con el equipo y la literatura necesaria, esto se puede volver muy complicado e implica invertir mayor tiempo en la realización de los cálculos de verificación. El mineral proveniente de la mina tiene un tamaño variado, por lo que el objetivo del chancado, la primera etapa de la conminución a ejecutarse en la planta, es reducir el tamaño de los fragmentos de rocas enviados desde la mina hasta obtener un tamaño uniforme máximo de ½” ,
aproximadamente 1.27 cm. Para la reducción de tamaño se utilizan las chancadoras, que son equipos mecánicos-eléctricos de grandes dimensiones. En estos equipos, los elementos trituran la roca mediante movimiento de atrición y están construidos en aleaciones especiales de acero de alta resistencia. Todo el manejo del mineral en la planta se realiza mediante correas transportadoras, desde la alimentación proveniente de la mina hasta la entrega del mineral como producto chancado a la etapa siguiente. El objetivo de la conminución es la reducción del tamaño de las rocas. Según esto, la primera pregunta que surge es por que la acción no se hace de una sola vez. Es decir, que un equipo tome una roca de mineral y los convierta en fino en una etapa. Desafortunadamente, no se ha podido hasta la fecha desarrollar un equipo eficaz de realizar todo el proceso de chancado de una sola vez, para todos los tipos de materiales. Por esto, en la mayoría de las aplicaciones son necesarias varias etapas de fragmentación y mas de un equipo. El hecho de que existan chancado y molienda y no solo uno de ellos, responde a 2 motivos muy claros: factibilidad técnica y económica. Existe un límite de tamaño de las partículas de mineral
hasta donde las chancadoras son eficientes y pasado este límite realizan muy poco trabajo en comparación con la energía consumida. Para este caso, de los tamaños mas finos, existen los molinos que realizan la reducción de tamaño del mineral con un rendimiento mucho mejor que los chancadores. Lo que se debe de hacer en definitiva, es elegir los equipos adecuados que permitan conseguir la reducción de tamaño requerida y ubicarlos en un circuito de tal manera que juntos proporcionen la disminución de tamaño necesaria para el proceso siguiente. La resistencia que opone el mineral a la fragmentación es fundamental, ya que afecta, por un lado, la razón de reducción de tamaño y, por otro lado, define que tipo de maquina se debe utilizar para el trabajo requerido. Un material con bajo índice de trabajo es fácilmente fragmentable, por lo que la razón de reducción del chancador es alta, disminuyéndose las etapas necesarias de fragmentación de la planta de chancado. Por lo contrario, si un material tiene un índice de trabajo alto será imposible utilizar una abertura de salida muy estrecha, para no producir sobrecargas, con lo que se necesita mayor cantidad de etapas de fragmentación para par a alcanzar el tamaño de producto deseado. De lo anterior de infiere que la resistencia a la fragmentación es una propiedad muy importante del mineral, a tratar y es fundamental determinarla. En el diseño del proceso de chancado es primordial conocer las características del mineral, ya que dependiendo de estas habrá un tipo de chancador que resulte ser la mejor opción, un tipo de circuito característico, una cantidad de etapas de chancado optima, etc. Cuatro son los factores importantes para la elección del chancador adecuado: I. II. III. IV.
El tipo de mineral a tratar El tamaño de la alimentación La capacidad Las características requeridas para el producto final del chancado
De estos factores, solo los 2 primeros están relacionados directamente con el mineral, ya que los otros tienen relación directa con la maquina escogida. Como referencia, cabe destacar que las empresas proveedoras de equipos para chancado, tienen sus propios laboratorios de pruebas en los cuales desarrollan los estudios de manera de definir el comportamiento de sus maquina con el material en cuestión. Cada proveedor realiza las pruebas que estima convenientes para la aplicación en estudio, pudiendo representar el caso en que dos proveedores distintos realicen pruebas diferentes a base de su experiencia. La veracidad de los resultados de las pruebas con respecto a la totalidad del material a chancar, dependerá de la representatividad de la muestra tomada. Los costos asociados a la toma de muestras se pueden comparar con los costos de obtener resultados errados; por ende, invertir en la correcta toma de muestra, es importante. Cuando un chancador comienza funcionar, su rendimiento va de acuerdo a la reducción entre la abertura de la cámara de alimentación y la abertura de su descarga. A medida que el material
pasa por la cámara de chancado con el fin de ser reducido de tamaño y el equipo no consigue tal objetico, se disminuye la abertura de la descarga del equipo de alcanzar tal necesidad. Cuando un equipo chancador con su abertura mas pequeña no puede reducir de tamaño, es necesario definir otro equipo. De aquí que exista habitualmente en las plantas de chancado etapas de chancado primario, secundario, terciario y eventualmente también una etapa de chancado cuaternario. El proceso de chancado sigue hasta que se llega al punto en el cual aun no se alcanza el tamaño deseado de liberación y donde los tamaños necesario solo se logran por medio de molienda. Cabe destacar que si se insiste en la utilización de un determinado equipo es posible que se logre reducir el tamaño hasta lo deseado, pero económicamente no es viable en razón a su pérdida de capacidad y mayor consumo de sus piezas de desgaste. Por este motivo es necesario la existencia de los procesos de chancado y molienda, los que juntos logran el objetivo de la conminucion, con lo cual el mineral con un tamaño y forma dado recién logra la liberación de las especie útil que se busca. La reducción de tamaño de minerales se realiza normalmente para liberar los minerales de valor desde la roca donde están depositados. Esto significa que se debe lograr un tamaño de liberación, normalmente en un intervalo de 100 a 10 micrones. Ver curva 1 fig 2.1. Si el material es un nometálico como Calcita, feldespato u otros, el valor esta normalmente en la producción de polvo muy fino. Ver curva 2 en la fig 2.1. Para poder maximizar el valor en la reducción de tamaño de rocas y minerales se necesitan chancado y molienda en varias combinaciones, las que se mostraran mas adelante.
Figura2.1. 2 Chancado, una etapa de la conminucion 2.1 Índice de trabajo
Existen vario tipos de chancadoras, cada uno de los cuales tiene un trabajo especifico a realizar;
Ya sea en la fragmentación de rocas de grandes tamaños de mandíbulas
En fragmentación de tamaño intermedio rodillos,
En la fragmentación de tamaños pequeños
chancadores giratorios y
chancadoras de cono o chancadores de chancadoras de rodillos, chancadoras
de martillos e impactadores de eje vertical
Chancador de con en Michilla Cada uno de estos equipos tiene un campo especifico de aplicación, lo que no implica necesariamente que no pueda realizar otra función mas que la que le corresponda. Todo chancador, sin embargo, siempre va a ser conveniente utilizarlo en los casos en que existan condiciones para ello. Esto es importante, ya que si bien un chancador puede fragmentar todo tipo de roca, esta fragmentación tiene que efectuarse en forma económica. Todas las operación de reducción de tamaño, tanto en chancado como en molienda, se determinan por las características de alimentación de los minerales que ingresan al circuito. El parámetro más importante que es necesario conocer para el diseño de circuitos de chancado y molienda, es el índice de trabajo del mineral que corresponde a su capacidad para ser chancado o molido. Los valores para algunos materiales de alimentación típicos de circuitos de chancado y/o molienda se muestran a continuación en la tabla 2.1.
Otros de los factores que influyen en la imposibilidad de realizar el chancado de una sola etapa es la compactación, atoramiento, atascamiento de mineral o atollamiento del chancador que las distintas características de los diferentes minerales producen en estos equipos de reducción de tamaño en seco. Una medida de la compactación del mineral es la diferencia entre la densidad real y la densidad aparente del mineral. Mientras mayor es esta diferencia, menor es la compactación. 2.2 Razón de reducción Tal como ya se ha mencionado, todas las operaciones de reducción de tamaños tanto en chancado como en molienda se realizan por etapas. Todos los equipos involucrados, ya sean chancadoras o molinos, tienen una relación diferente entre los tamaños de alimentación y descarga.
A la relación entre el tamaño de alimentación y el tamaño de descarga de cualquier equipo de conminucion se le llama razón de reducción.
Figura2.2 Se muestra algunos equipos y sus valores típicos de razón de reducción. Todos los chancadores tienen una razón de reducción limitada en el sentido que la reducción de tamaño global del circuito se va a realizar en etapas. La cantidad de etapas esta guiada por el tamaño de la alimentación y el producto final requerido, como puede visualizarse en el siguiente ejemplo. Para un tamaño de material de alimentación F 80 = 400 mm correspondiente a roca de voladura, tamaño 80% menor que 400 mm. Tamaño deseado de producto: P 80 = 16 mm correspondiente a mineral de alimentación de molino de barras. Razón de reducción total
= 25
Razón de reducción en la etapa primaria R 1 = 3 Razón de reducción en la etapa secundaria R 2 = 4 Razón de reducción en 2 etapas de chancado: R 1*R2 = 3*4 = 12
Dos etapas no son suficientes. Se necesita una tercera etapa de chancado Ya que se deben usar tres etapas, se puede disminuir un poco la razón de reducción en cada etapa, dando mayor flexibilidad al circuito. Por ejemplo: Razón de reducción primera etapa R1 = 3 Razón de reducción segunda etapa R2 = 3 Razón de reducción tercera etapa R3 = 3 Juntas, estas tres etapas dan R 3*R2*R1 = 27 = reducción suficiente.
Figura 2.3 2.3 Circuitos típicos de chancado En todas las operaciones de plantas de chancado-molienda, el valor de eficiencia se logra con el producto fino obtenido, típicamente bajo 100 micrones equivalentes a malla 150. Normalmente el numero de etapas de chancado se puede reducir dependiendo del tamaño de alimentación que acepta la etapa de molienda primaria.
Figura 2.4. Circuito típico de 3 etapas de chancado alimentando a un molino de barras
Figura 2.5. Circuitos típicos de una o dos etapas de chancado alimentando a un molino SAG. 2.4 Selección y dimensionamiento de chancadores primarios Al tener ya definida la cantidad de etapas de chancado, se puede comenzar a seleccionar el chancador adecuado para cada etapa de reducción de tamaño. Dependiendo de las condiciones operacionales, tamaño de alimentación, capacidad, dureza, etc., siempre existen algunas opciones. En el caso de los chancadores primarios estacionarios. Ya sea en superficie o subterráneo, se tienen como opciones:
Figura 2.6. Para minerales blandos, la primera opción es normalmente un chancador de impacto horizontal, si es necesario no es muy alta. Para u mineral mas bien duro las opciones de elección están entre
un chancador giratorio o uno de mandíbula, siempre es bueno aplicar las siguientes reglas de diseño:
Regla 1: siempre utilizar un chancador de mandíbula si se puede, ya que es la alternativa más económica Regla 2: para bajas capacidades, utilice un chancador de mandíbula y un martillo hidráulico para el sobretamaño Regla 3: para capacidades muy altas, utilice un chancador de mandíbula con una apertura de alimentación grande. Regla 4: para capacidades muy altas, utilice un chancador giratorio
En general todos los chancadores son normalmente dimencionables a partir del tamaño máximo de alimentación. Para un determinado tamaño de mineral de alimentación, sabiendo su capacidad se puede seleccionar el equipo adecuado. El dimensionamiento adecuado de cualquier chancador no es fácil y los gráficos que se muestran mas adelante son solo una guía. Estos. Al igual que el ejemplo que se presenta a continuación, son obtenidos del método de dimensionamiento que utiliza Metso Minerals, y las siglas de los gráficos corresponden a los modelos de sus chancadores. Ejemplo: considerar que la alimentación a un chancador primario a definir es mineral de roca dura de voladura con un tamaño máximo de 750 mm. Su capacidad necesaria debe ser de 2000 t/h. Para el ejemplo, la selección correcta es un tipo superior a un chancador S60-89
Figura 2.7.
Figura 2.8.
Figura 2.9. 2.5 Selección y dimensionamiento de chancadores secundarios En un circuito de chancado, normalmente, la segunda etapa comienza a tener importancia para el control de tamaño. Debido a esto, en la mayoría de los casos, el chancador de mandíbula queda descalificado como chancador secundario etapa en la que se utiliza con más eficiencia el chancador de cono estándar. Comparado a otros tipos de chancadores, el chancador de cono cuenta con algunas ventajas, que lo hace muy adecuado para la reducción de tamaño y forma de su producto final. La razón es la forma de la cámara de chancado y las posibilidades que posee para cambiar las aberturas de la alimentación y la descarga durante la operación.
2.10.
Figura 2.11. Chancadores secundarios – tamaño de alimentación Vs capacidad (modelos GPS)
Figura 2.12. Chancador de cono – Tamaño de alimentación Vs Capacidad (modelos HP y MP)
Figura 2.13. Impactor secundario – Tamaño de alimentación Vs Capacidad (modelos NP) 2.6 Selección y dimensionamiento de chancadores terciarios Dentro de todos los circuitos de chancado, la etapa de chancado terciario es la que requiere de mayor certeza en su diseño. El tamaño final del producto de esta etapa es fundamental en el éxito de la etapa siguiente de la molienda. Para circuitos de chancado con roca mineralizada dura, hay solo dos opciones:
Chancadores de cono Chancadores de impacto de eje vertical o VSI.
Figura 2.14. Chancadores de cono terciario – serie GP Tamaño de alimentación vs capacidad
Figura 2.15. Chancadores de cono terciario – serie HP y MP Tamaño de alimentación vs capacidad
Figura 2.16. Chancador VSI – Tamaño de alimentación vs capacidad 2.7 Consumo de energía en circuitos de chancado
Para determinar consumos de energía en operación de chancado, existen conceptos equivalentes al índice de trabajo convencionalmente empleado en circuitos de molienda. En el caso de circuitos de chancado se le denomina coeficiente de chancado y se define mediante la siguiente ecuación:
(√ ) √ Juan Zegarra West (1900) sostiene que la comparación directa del índice de trabajo de la molienda Wi frente al coeficiente de chancado Cch muestra que, en el caso de muchas plantas, el coeficiente de chancado es mayor que el índice de trabajo, indicando la existencia de dificultades para la transformación de energía en reducción de tamaño de partícula. Otra forma de expresar la eficiencia es el cociente entre energía unitaria de trituración, Kw-hr/TC, y el radio de reducción, Rri = F80/P80. Con este criterio es posible concluir el principio básico de que la energía es más eficientemente empleada en las etapas de trituración frente a la siguiente molienda. En 1990 J. Zegarra realizo un estudio acerca de la racionalización del uso de energía en plantas de chancado. Al respecto, sostiene que la baja eficiencia de utilización de energía en los circuitos de trituración se debe a:
Baja eficiencia del harneado debido al efecto combinado o individual de tratamiento de minerales húmedos en harneros de un solo piso o deck con reducida área efectiva. Deficiente estado mecánico de las unidades de chancado y utilización de motores sobredimensionados en algunos casos. Empleo de circuitos abiertos para superar el problema anterior o por diseño original de la planta.
Adicionalmente, señala que la eficiencia de utilización de energía en los circuitos de chancado reporto ser menor que la correspondiente en las etapas de molienda. En el 70% de los casos, la menor eficiencia detectada excede límites normales, debiendo construir prioritariamente áreas de trabajo para optimizar condiciones y reducir costos operativos. Al respecto, sugiere que es condición fundamental realizar mantenimiento completo de los equipos, sobre todos cuando el desgaste de las piezas excede el límite permisible y que compromete seriamente la normal operación de las plantas. 3 Harnero, clasificación en seco 3.1 Generalidades sobre harneros y clasificación Los harneros son los equipos que se usan comúnmente en las etapas de chancado y molienda para control de tamaño por medio de la separación del mineral de alimentación en dos o más productos cada uno de tamaños similares entre si. Esta separación se puede realizar en seco o en húmedo.
Es sabido que los chancadores ni los molinos son equipos demasiado exactos en su trabajo de reducción de tamaño y normalmente se genera muchas fracciones de diferentes tamaños que quedan mal clasificadas y presentes erróneamente en la fracción de oversize o descarga. Utilizando el control optimo de tamaño a través de equipos de clasificación, el resultado puede mejorar tanto en cuanto a la capacidad, como al tamaño y forma de la partícula. El rendimiento de los harneros se caracteriza por tres parámetros:
Movimiento Inclinación Medios de clasificación
Figura 2.17. 3.1.1 Harneado por estratificación Formando un lecho de material sobre la malla de un harnero, el material se estratificara cuando el movimiento del harnero reduzca la fricción interna en el material. Esto significara que las partículas más finas podrán pasar entremedio de las de mayor tamaño, dando lugar a una separación notoria entre tamaños de partícula.
Figura 2.18. 3.1.2 Harneado por caída libre Si se utiliza la doble inclinación que se usa para estratificación, desde 10-15 o hasta 20-30 o, se
tiene a las partículas pasando en caída libre y significa que no se está creando una capa de partículas en la malla de harnero. Las partículas se harnearan en forma directa a través de la malla, dando mayor capacidad o una instalación más compacta. Su uso óptimo es cuando una gran cantidad de finos tiene que ser retirada en forma rápida.
2.19. 3.2 Modelos de Harneros Existen variados modelos de harneros que se pueden reducir a cuatro tipos, como los que se muestran a continuación. De estos, el 80% de los que se usan mundialmente en minería son del tipo de harneros por estratificación de inclinación simple. Los demás son modelos de inclinación doble, triple o múltiple, en donde el colado por estratificación y caída libre se combinan para diferentes aplicaciones.
a) Inclinación simple Harneado de estratificación Movimiento circular Inclinación de 15o
Se mantiene como líder para harneado selectivo
Figura 2.20.
b) Inclinación doble Harneado por caída libre Compacto, su alta capacidad se paga por selectividad menor. Típico en circuitos de plantas de chancado
Figura 2.21.
c) Inclinación triple Combina capacidad y selectividad Harnero de control típico para fracciones de productos diferentes.
Figura 2.22.
d) Inclinación múltiple Harnero banana Harnero de capa delgada Muy usado en minería de carbón y metálica
Figura 2.23.
