SEPARACIÓN MAGNETICA La separació separación n de pequeñas pequeñas cantidad cantidades es de hierro hierro y minera minerales les ferrífe ferríferos ros de los minerale mineraless industriales se ha tornado en una importante aplicación, al igual que la concentración de diversos minerales ferrosos y no ferrosos. La propi propieda edad d de un miner mineral al que determ determina ina su respu respues esta ta a un campo campo magné magnéti tico co es la susceptibilida susceptibilidad d magnética. Con base en esta propiedad, propiedad, los materiales materiales pueden dividirse en dos grupos : Materiales paramagnéticos, o sea los atraídos por un campo magnético, y materiales diamagnéticos , o sea aquellos que son repelidos repelidos por un campo campo magnético. magnético. Una costumbre común es situar los materiales vigorosamente paramagnéticos en una categoría separada separada llamada llamada ferromagnética. Así el hier ierro y la magne agnettita son mate ateriale ales ferr ferrom omag agnét nétic icos os ; la hema hemati tita ta,, la ilme ilmenit nita, a, la pirro pirroti tita ta y mucho muchoss otro otross miner minerale aless son son paramagnéticos, paramagnéticos, el el cuarzo y el feldespato feldespato se cuentan entre entre los minerales minerales diamagnétic diamagnéticos. os. La concentración magnética es realizada por la aplicación simultánea, a todas las partículas de un mineral, de una fuerza magnética la cual actúa sobre las partículas magnéticas y una segunda fuerza o combinación de fuerzas las cuales actúan en una dirección diferente y afecta tanto a las partículas partículas magnéticas magnéticas como las no magnéticas. magnéticas. Las fuerzas fuerzas no magnéticas son gravitacional, gravitacional, centrífuga centrífuga y arrastre arrastre del fluido. Otras fuerzas fuerzas las cuales generalmente actúan actúan de manera accidental son : friccional, electrostática, Van der Waals y capilaridad.
EQUIPOS Y APLICACIONES El equipo equipo para separació separación n magnét magnética ica se divide divide con toda propied propiedad ad en dos categor categorías: ías: separadores magnéticos de baja intensidad y de alta intensidad, usándose los primeros primordialme primordialmente nte para minerales minerales ferromagnétic ferromagnéticos, os, aunque también también para minerales minerales paramagnéticos paramagnéticos de alta susceptibilidad susceptibilidad magnética, magnética, y los segundos para minerales minerales paramagnéticos paramagnéticos de más baja susceptibilid susceptibilidad ad magnética, magnética, pueden llevarse llevarse a cabo en húmedo o en seco. seco. Predom Predomina ina el procesa procesamie miento nto en húmedo húmedo en las operacio operaciones nes de baja intensi intensidad dad magné magnéti tica, ca, si bien bien exist existen en plant plantas as de proce procesam samie iento nto en seco seco de gran gran capac capacida idad. d. Los Los separadores de alta intensidad magnética han sido tradicionalmente de proceso seco y de baja capacida capacidad. d. Con base en los adelantos adelantos lograd logrados os en el diseño diseño de imanes, imanes, ah sido posible posible construir construir separadores de gran capacidad capacidad para proceso proceso húmedo, húmedo, de lata intensidad intensidad magnética, y se han aplicado con éxito en la concentración de minerales paramagnéticos.
TAMBORES MAGNETICOS HUMEDOS PARA EL ENRIQUECIMIENTO DE MAGNETITA Los Los tamb tambor ores es separ separado adoss magn magnét ético icoss húmedo húmedoss son son la parte parte más más vita vitall del del proce proceso so de enrique enriquecimi cimient ento o de un concent concentrado radorr de taconita. taconita. El producto producto molido molido es típicam típicament entee enriquecido desde el 20 al 65% de fierro magnético usando tambores separadores magnéticos húmedos húmedos.. Este Este proces proceso o de enriquecimi enriquecimient ento o da como resulta resultado do un concent concentrado rado de fierro fierro magnético magnético de, aproximadame aproximadamente, nte, 30% en peso a través del rechazo de, aproximadament aproximadamentee un 70% de alimentación molida de roca no magnética.
La alimentación al concentrador es molida para preparar la separación magnética. La molienda es efectuada ya sea con molinos semi autógenos o configuraciones de molinos de bolas y de barras. La estructura de tamaños de la alimentación del tambor húmedo puede ser máximo de 14” con la distribución hacia abajo que pase por las 500 mesh. Esta distribución de tamaño proporciona el mínimo grado de liberación necesaria para la recuperación satisfactoria de la magnetita y el rechazo de la sílice. El enriquecimiento de la taconita es realizada siempre a través de varias etapas de sepación del tambor húmedo. La primera etapa de separación del tambor húmedo se llama “cobber”. La mayoría de los separadores “cobber” son de doble tambor (retratamiento del concentrado) para proporcionar dos etapas de separación, las cuales rechazan tanto como el 60% de la alimentación, en formas de colas. El concentrado cobber es normalmente remolido para lograr un alto grado de liberación y someterlo a etapas adicionales de separación en tambores húmedos. Estas etapas siguientes se llaman “finishers”. La mayoría de los separadores “finisher” son de tambores dobles o triples (retratamiento del concentrado) para nuevamente proporcionar una separación de pasos múltiples. La etapa finisher produce un concentrado final de magnetita. Aunque todos los concentradores de taconita emplean etapas de separación cobber, hay diversidad entre ellos. Los rasgos característicos del mineral, la variabilidad en la conformación del mineral y las prácticas operativas pueden requerir etapas adicionales de separación magnética. Muchos tienen etapas de separación magnéticas intermedia comúnmente llamadas “rougher” o “cleaner”. Estos estados intermedios tratan producto remolido para proporcionar rechazo adicional en peso, antes de la etapa final de remolienda. La separación magnética también ha sido aplicado a varios productos de cola, como una etapa “Scavenger”. Aunque no se practica usualmente, ésta ha sido hecha con el objeto de recuperar magnetita residual que se pierde en las colas. Recientemente se ha aplicado la flotación y el harneo de finos al concentrado final de la separación magnética para complementarlos con los procesos de los tambores húmedos.
PRINCIPIOS DE OPERACIÓN En un separador magnético húmedo, la fuerza magnética que actúa en la partícula de magnetita es predominantemente opuesta por la fuerza de arrastre hidrodinámica. Esta característica cuando está apropiadamente aplicada, otorga el vehículo de separación por el lavado de las partículas de sílice mientas las de magnetita son recolectadas en el campo magnético. Las fuerzas de arrastre hidrodinámicas también son responsables de cualquier pérdida de magnetita. Las pérdidas de fierro magnéticos en el circuito de concentración, pueden ser atribuidas a las características específicas del tambor separador húmedo y a las características de la alimentación. La potencia del campo magnético y el diseño del estanque representan las características del tambor separador húmedo, mientras que la liberación de la magnetita, la capacidad de ka unidad o flujo, el porcentaje de sólidos y la carga de magnetita representan las características de la alimentación.
La recuperación de la magnetita está directamente relacionada con la capacidad de la unidad o rango de flujo a través del separador. A medida que el flujo se incrementa, la velocidad y, como consecuencia, la fuerza de arrastre del fluido también se incrementa lo cual aparta más partículas magnéticas desde el campo magnético que se opone. El porcentaje de sólidos afecta directamente la selectividad de la separación. Al incrementarse el porcentaje de sólidos, la pulpa llega a ser más viscosa, minimizando los efectos del arrastre del fluido para ayudar en la separación de la sílice. Las pérdidas de magnetita aumentarán al aumentar el nivel de competencia en el campo magnético y la ley del concentrado decrecerá debido al incremento físico de la sílice atrapada. Cualquier separador magnético de tambor en húmedo tiene las características de remover una cantidad limitada de magnetita basado en el diámetro del tambor, la velocidad periférica y la potencia del campo magnético. A esto se le llama “carga magnética”. Al exceder los límites de la carga magnética se tiene como resultado un incremento de las pérdidas magnéticas. Sin embargo, exceder las limitaciones de la carga magnética significa que la combinación de los porcentajes de sólidos y flujos han sido sobrepasados.
ESTILOS DE ESTANQUES Varias etapas de separación magnética han dado como resultado diferentes estilos de estanques de tambores y diferentes configuraciones de campos magnéticos. El estanque concurrente y de contra-rotación se emplean cuando se procesa mineral molido grueso en la separación “cobber”. Estos estilos se muestran en la Fig.1. El tambor separador concurrente rota en la misma dirección que flujo de pulpa. Este diseño es el más efectivo para producir un concentrado magnético limpio desde una alimentación de gruesos. El tambor contrarotación rota opuesto al flujo de pulpa. Este diseño es más efectivo para producir altas recuperaciones de fierro magnético. Cualquier partícula magnética acarreada debe viajar a través del arco magnético, contra la rotación del tambor para ser perdida por las colas. También, el relativamente corto recorrido de descarga del concentrado magnético permite rangos de alimentación más altos. Cuando se trata de alimentación gruesa, estos dos estanques tienen orificios en la descarga que permiten el paso de las partículas gruesas a las colas. El estanque tipo contra-corriente o Steffenson también se muestra en la Fig.1. Este estanque es normalmente empleado en la etapa de “finisher” para tratar concentrados finos. La alimentación entra al separador por el fondo del estanque y el tambor rota en la misma dirección que el flujo de pulpa. Los no magnéticos deben migrar a través del campo magnético a una descarga en todo el ancho. Este diseño es más efectivo para producir un concentrado magnético limpio. Los elementos magnéticos contienen algunos polos agitadores para proporcionar un alto grado de limpieza. Debido a que la alimentación a los finishers consiste en magnéticos bien liberados, no se requiere un campo magnético poderoso para su recolección.
ELEMENTOS MAGNETICOS
En el diseño de un separador magnético, la intensidad y el gradiente del campo magnético son dos variables de primer orden que afectan la respuesta a la separación. La intensidad del campo magnético se refiere al número de líneas de flujo que pasan a través de una unidad de área. Las líneas de flujo están medidas en Gauss (1 línea/cm2). El gradiente del campo magnético se refiere a la razón del cambio o a la convergencia de la potencia del campo magnético. Cuando entran a un campo magnético, todos los materiales ferromagnéticos migrarán al área de más alto gradiente o más alta densidad de flujo. En términos simplificados, la intensidad del campo magnético retiene las partículas, mientras que el gradiente del campo magnético las mueve. Una partícula magnética entrando a un separador tambor húmedo será magnetizada por la intensidad del campo y se mueve hacia la superficie del tambor donde el gradiente es más alto. La resultante de la fuerza de atracción magnética que actúa en una partícula es el producto de la intensidad del campo magnético y el gradiente. Los elementos magnéticos en un tambor húmedo están diseñados para trabajos específicos, tomando en cuenta la intensidad y profundidad del campo y la fuera del gradiente de él. Los elementos magnéticos en un tambor húmedo son ensamblados con 5 ó 6 polos magnéticos axiales y despliegan un arco de 120º. Los polos tienen polaridad alternativa para proporcionar la agitación al fierro magnético que se está transfiriendo. Con un elemento agitador magnético, una partícula tenderá a rotar 180º a medida que se mueve cruzando cada polo y liberando la sílice físicamente atrapada. En los separados cobber, los elementos magnéticos deben ser diseñados para proporcionar una potencia extremadamente alta de campo magnético y alta profundidad de campo. Esto es necesario para tratar capacidades relativamente grandes y lograr altas recuperaciones de partículas magnéticas bloqueadas. Un “Interpolo” del tiempo magnético se usa comúnmente en un separador cobber. Este tipo de elemento tiene una relativamente alta superficie de campo, emparejada con una excelente proyección de campo. Los elementos del tiempo interpolo emplean un respaldo “bucking” cerámico como polo magnético o “interpolo” entre cada polo principal. El campo magnético de los elementos de respaldo “bucking” son cargados para oponerse a los dos polos principales resultado así un incremento en la profundidad de campo. El interpolo permite “gaps” de operación de tambores húmedos más grandes y, por lo tanto, mayor capacidad unitaria o mejoramiento de la recuperación en aplicaciones difíciles. El elemento magnético genera un promedio de 1.900 Gauss en la superficie del tambor y un promedio de 1.050 Gauss a 2”. El máximo campo magnético en la superficie del tambor es de aproximadamente, 2.300 Gauss. En los separadores “finishers” el elemento magnético incorpora polos de agitación magnético para el máximo enriquecimiento. El tamaño fino de la alimentación, conduce a un entrampamiento físico de la sílice requiriendo un alto grado de agitación y lavado. Ya que la alimentación a los finishers se compone de magnetita bien liberada no se requiere un campo magnético extremadamente poderoso. Para este propósito, se usa comúnmente elementos magnéticos del tipo “Alto Gradiente”. Estos están compuestos de una serie de 6 a 8 polos idénticos. Un elemento “alto gradiente” como su nombre lo indica, está diseñado para
producir un gradiente de campo muy alto y consecuentemente una fuerza de atracción magnética alta. Debido alto gradiente del campo magnético, la fuerza de atracción es más fuerte mientras más cerca esté del tambor, haciéndolo más efectivo que cuando se emplea con tambores que operan “gaps” más angostos y capacidades unitarias más bajas. El número de polos a través de la superficie del tambor es normalmente más grande que el de interpolos y la variación del campo tiende a ser más pronunciada, otorgando el potencial para una agitación mayor y un concentrado magnético más limpio. El elemento magnético posee un gradiente externo y genera un promedio de 1.850 Gauss en la superficie del tambor y un promedio de 700 Gauss a 2”.
TAMBOR HUMEDO “COBBER” La etapa inicial de separación magnética, comúnmente llamada “cobber”, procesa el 100% de la alimentación de los molinos. Esta etapa relaciona proporcionadamente la alta pérdida de fierro magnético en el circuito de concentración con la oportunidad que proporciona de mejorar grandemente la recuperación. Existe una gran diversidad en la forma de operar circuitos “cobber” entre las concentradoras. Los tambores húmedo cobber son, predominantemente, de 36” de diámetro con estanques concurrentes y contra-rotación. Ambos, simples y dobles operan en la actualidad . Las capacidades tienen un rango de 48 a 167 gmp/pie de ancho de tambor. (El último circuito reprocesa las colas de cobber). El sólido de la pulpa varía desde un 30 a 50%, correspondiente a la capacidad unitaria que tiene un rango promedio de 5 a 16 LTPH/pie de ancho de tambor. Las colas de la etapa de separación cobber pueden contener un porcentaje tan alto como el 3% de fierro magnético. También representan ser un rechazo en peso del 50 al 60% de la alimentación de los molinos. Esta es enriquecida desde aproximadamente el 21% de fierro magnético al 48% en la etapa cobber . La optimización de la metalurgia en esta etapa inicial de cobber puede dar como resultado un incremento en la recuperación, tan alto como 2 al 3%. Los tambores húmedos cobber reciben la alimentación desde la molienda primaria y tienen una distribución de tamaño extremadamente amplia. Este material normalmente tiene una estructura de tamaño tan gruesa como 5% + 4 mesh y tan fina como 5%-500 mesh. Esta distribución de tamaño quizás significa el rango más amplio de todos los circuitos de molienda en la industria minera de roca dura. Las pérdidas de magnetita en esta etapa son particularmente sensibles a la liberación. Las partículas gruesas de sílice contienen magnetita atrapada que poseen una susceptibilidad magnética relativamente baja y están más afectadas por arrastre del fluido que por el campo magnético y se vacía a las colas. Las partículas finas de magnetita de menos de 10 um no tienen la masa para ser fuertemente afectadas pro el campo magnético y también se van a las colas. La capacidad de un tambor cobber de 36” diámetro es normalmente de 90 GTM/pie de ancho tambor, operando con 35 a 50% de sólidos. Esto corresponde a aproximadamente 10 a 16
LTPH sólido seco/pie de ancho de tambor. La correspondiente carga magnética (descarga de magnéticos) será de aproximadamente 55 al 65% en peso de la alimentación y promedio LTPH sólido seco/pie de ancho de tambor. Un tambor de 48” diámetro tendrá hasta el 50% más capacidad.
PRUEBAS DE TIPOS DE ESTANQUES DE COBBER En los años pasados se han realizado extensas pruebas piloto con la intención de cuantificar las variables críticas en la etapa de separación cobber. Muestras de planta de la alimentación cobber desde varios concentrados de taconita fueron sometidos a la separación magnética usando un tambor húmedo de 48” diámetro. Entre todas las posibles variables asociadas con la separación magnética, la potencia del campo magnético es la más importante. La potencia del campo magnético proporciona loa base sobre la cual responden todas las otras variables. En este estudio, la potencia del campo magnético fue maximizada, empleando un elemento que generó la siguiente configuración de campo magnético:
SEPARADOR MAGNETICO COBBER Lectura de Gauss
Superficie 1” 2”
Elemento Magnético Interpolo 1000 Gauss Fuerza Campo Magnético (Gauss) Máximo 2310 1605 1155
Promedio 1900 1420 1060
Con la potencia maximizada del campo magnético se probaron comparativamente un estanque de diseño concurrente y conta-rotación. Todas las pruebas fueron hechas con 50% de sólidos. Fueron testeados caudales de 60, 90 y 120 GPM/pie de ancho tambor, respectivamente, suponiendo una gravedad específica del sólido seco de 3.2. El separador tambor húmedo era de 48” diámetro con un ancho de 24”. Esta unidad estaba montada en un sumidero, con una bomba de recirculación, con lo cual se podría mantener un caudal relativamente alto de 240 GPM. Fueron probadas tres muestras diferentes de taconita. En la Tabla # 1 se indica un análisis granulométrico de cada una. Los resultados de las pruebas de cada muestra a tres diferentes caudales, empleado los dos tipos de estanques, se presentan en las fig. 2 al 4. Ambos tipos de estanques dan pérdidas relativamente bajas de fierro magnético para la baja capacidad de las unidades. A medida que la capacidad de la unidad aumente, las pérdidas de fierro en le están que concurrente llegan a ser excesivamente altas. Sin embargo, el estanque contra-rotación mantiene una pérdida de fierro relativamente baja. Se hicieron más análisis con muestras de colas, con el objeto de identificar específicamente las pérdidas relativas pro distribuidor de tamaños. Las tres muestras responden de una forma similar a las pérdidas de fierro magnético a la fracción gruesa. Las fig. 5 y 6 proporciona un detalle gráfico de las pérdidas de fierro magnético en las fracciones de +200 y -200 mesh de la muestra B.
El cúmulo de resultados demuestra que los estanques tipo contra-rotación son mucho más conducentes para caudales más altos y responden con un incremento de recuperación para las fracciones gruesas y finas. El estanque tipo concurrente es sensible a los incrementos de flujo, con un marcado descenso en recuperar aproximadamente 90 a 100 GPM/pie de ancho de tambor cuando opera con 50% de sólidos.
TAMBORES HUMEDOS FINISHER La función primaria de los tambores húmedos finisher es enriquecer un concentrado intermedio a un concentrado final que normalmente contiene menos que 5% de sílice. Al contrario que los circuitos cobber, existe uniformidad en la operación en el circuito finisher entre los concentrados. Son siempre del tipo contra-corriente. Los tambores son de 36” y 48” de diámetro e incorporan polos de agitación magnética para la máxima acción de limpieza. Hay tambores dobles y triples en operación. Las capacidades varían de 46 a 80 GPM/pie de ancho de tambor. El contenido de sólidos tiene un rango de 20 a 45% en correspondencia con una capacidad con un rango promedio de 3 a 12 LTPH/pie de ancho tambor de tambor. El concentrado intermedio es enriquecido a aproximadamente 62 a 64% de fierro magnético en la etapa finisher ( la ley total de fierro es un poco más alta). Las colas de la etapa de separación finisher pueden contener del 1 al 2% de fierro magnético y representar ser un rechazo en peso del 10 al 15%. De esto resulta una recuperación sobre el 99% en la etapa finisher. Es difícil generalizar la etapa de separación finisher en la industria. Cada concentrador opera diferentemente con respecto a la re-molienda y se dan etapas intermedias de concentración en una amplia variedad entre leyes de alimentación y concentrado finisher. Aún más, el uso de harneo fino y flotación para complementar los procesos han causado un impacto en la operación de los tambores húmedos finisher. Los resultado en planta, sin embargo, demuestran sin embargo una excelente metalurgia. En términos generales, se logra una excelente ley y recuperación con capacidades que no exceden las 5 LTPH/pie de ancho de tambor para un tambor de 48” diámetro. Como estas capacidades se incrementan, habrá una significativa disminución en el enriquecimiento que, usualmente, no afecta a la recuperación.
