Temas Actuales en Sag

WORKSHOP DE MOLIENDA SAG 2001 16, 17 y 18 de Mayo – Viña del Mar – CHILE

CENTRO TECNOLÓGICO DE MOLIENDA SAG Y SISTEMAS ELÉCTRICOS UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO S ANTA ANTA M ARÍA UNIVERSIDAD DE S ANTIAGO ANTIAGO DE CHILE

TEMAS ACTUALES EN MOLIENDA SEMIAUTÓGENA Luis Magne1, Waldo Valderrama 2, Jorge Pontt2 Centro Tecnológico de Molienda SAG y Sistemas Eléctricos 1 Universidad de Santiago de Chile 2 Universidad Técnica Federico Santa María

RESUMEN

La molienda semiautógena se encuentra en el apogeo de su desarrollo, con molinos cada vez mayores y de mayor potencia. El conocimiento operacional está aumentando considerablemente gracias al paulatino abandono de conceptos provenientes de la molienda convencional para dar paso a un nuevo conocimiento sustentado en la comprensión de las variaciones de la composición y movimiento de la carga. Sin embargo, este mismo conocimiento indica que probablemente las condiciones óptimas de funcionamiento de los molinos semiautógenos se encuentran fuera del rango de molienda semiautógena propiamente tal. En el futuro próximo se hará necesario revisar los conceptos de diseño de estos molinos y del circuito del cual forman parte.

The world’s largest digital library

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.











EL DESARROLLO DE LA MOLIENDA SEMIAUTÓGENA Evolución de los Circuitos de Molienda de Minerales

Los primeros molinos rotatorios aparecen en la historia en la década de 1880. Sin embargo, el crecimiento exponencial en tamaño y potencia instalada comienza en la década de 1960. Es así como en esos años el circuito básico de operación consistía en dos etapas, compuestas por un molino de barras en circuito abierto seguido normalmente por dos molinos de bolas en circuito cerrado directo. El diámetro de los molinos no superaba los 12 pies, con potencias instaladas de 930 kW (1,250 HP). En la década de 1970 aparecen los primeros circuitos de molienda en una etapa, con molinos de bolas de 16.5 pies de diámetro y potencias de 3,000 kW (4,000 HP), iniciando la desaparición de los molinos de barras en el diseño de plantas de procesamiento de minerales. Es en la década de 1980 cuando aparecen con fuerza los circuitos de molienda en dos etapas que consideran, para la molienda primaria, molinos semiautógenos seguidos de molinos de bolas como etapa secundaria o molienda fina. Los primeros alcanzan diámetros de hasta 36 pies, con potencias de 11,200 kW (15,000 HP) y los molinos de bolas, diámetros de 18 pies, con potencias de 4,850 kW (6,500 HP). La década de 1990 consolida esta alternativa de procesamiento con el desarrollo de varios megaproyectos en el mundo que con un pequeño número de equipos logran altas tasas de procesamiento de mineral. El diámetro de los molinos semiautógenos alcanza los 40 pies de diámetro con potencias de 19,400 kW (26,000 HP) y los molinos de bolas llegan a diámetros de 24 pies y potencias de 10,500 kW (14,000 HP). En Chile, desde 1981, han entrado en operación 21 circuitos de molienda semiautógena. En la Tabla 1 se presenta el listado de molinos semiautógenos en operación actualmente, con sus principales características. En ella se observa claramente el crecimiento del parque de molinos semiautógenos en Chile, no sólo en número sino también en tamaño y potencia instalada, y aún más importante en la capacidad de procesamiento del circuito de molienda al que pertenecen. El molino semiautógeno más grande en operación en Chile es de 36 pies de diámetro y 17.25 pies de largo con una potencia de 13,500 kW (18,000 HP). El proyecto de expansión de Minera Escondida considera un molino semiautógeno de 38 pies de diámetro y 22.5 pies de largo, con potencia de 19,400 kW (26,000 HP) y tres molinos de bolas de 25 x 40.5 pies, con 13,500 kW (18,000 HP) cada uno, los primeros a nivel mundial con motor gearless. El proyecto de expansión de CODELCO Chile División El Teniente considera un molino semiautógeno de 38 pies de diámetro y 24 pies de largo con una potencia de 18,000 kW (24,000 HP) y dos molinos de bolas de 24 x 34 pies con 10,000 kW (13,500 HP) de potencia instalada cada uno. Mientras, en el estudio de prefactibilidad para el proyecto de expansión de Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi se evalúan molinos semiautógenos de 42 y 44 pies de diámetro. En el proyecto Antamina, Perú, se encuentra en fase de instalación un molino semiautógeno de 38 pies de diámetro y 20 pies de largo, con motor gear-less de 19,400 kW (26,000 HP), seguido de tres molinos de bolas de 24 x 36 pies, con 11,200 kW (15,000 HP) de potencia cada uno. Los Accionamientos y el Crecimiento de Molinos Rotatorios

Durante muchos años, el crecimiento de los molinos semiautógenos se encontró supeditado al desarrollo de sistemas de accionamiento que fueran capaces de asegurar una











Tabla 1.

Molinos semiautógenos en la actividad minera de Chile [1].

Compañía Minera

Año inicio inicio Operación

Nº

Disputada de Las Condes - Área Los Bronces - Área El Cobre - Área Los Bronces

1981 1987 1992

1 1 1

28 x 15 (12.5) 34 x 17 (15.25) 34 x 17 (15.25)

5,200 9,400 9,700

13,000 15,000 24,000

5 4 4

Compañía Minera El Bronce de Petorca S.A.

1984

1

12 x 5 (4)

150

720

4

División Chuquicamata CODELCO-Chile

1989 1993

2 1

32 x 17 (15) c/u 20 x 10 (8.75)

8,200 c/u 1,500

25,500 c/u 2,800

5 4

Sociedad Minera Escondida Ltda.

1991 1995

2 1

28 x 14 (12.5) c/u 36 x 19 (17.25)

4,100 c/u 13,500

20,000 c/u 25,000

4 5

División El Teniente CODELCO-Chile

1991

1

36 x 17 (15.25)

11,200

24,000

5

Compañía Minera Mantos De Oro: La Coipa

1991

1

28 x 14 (12.5)

5,250

15,000

5

Compañía Contractual Minera Candelaria

1995 1997

1 1

36 x 16.7 (15) 36 x 16.7 (15)

11,950 11,950

28,000 28,000

5 5

Compañía Minera Fachinal

1996

1

18 x 9.3 (8)

1,000

1,500

4

Compañía Minera El Indio, Planta Tambo

1996

1

28 x 12 (10.5)

4,100

Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi

1998

2

32 x 15 (13.25) c/u

8,000 c/u

30,000 c/u

4

División Andina CODELCO-Chile

1998

1

36 x 16.7 (15)

11,950

30,000

5

Compañía Minera Los Pelambres S.A.

1999

2

36 x 19 (17)

12,685

46,000 c/u

4

Dimensiones D x L (EGL) pies

Potencia KW

Capacidad de diseño t/día

Bola plg

4

Nota : Las dimensiones se entregan como el diámetro interno del molino multiplicado por la longitud interna del molino seguido por la longitud interna de los revestimientos (longitud efectiva de la cámara de molienda, EGL).

Por otro lado se encuentra el motor de inducción o accionamiento gear-less, en que el casco del molino es el elemento rotatorio de un gran motor sincrónico de baja velocidad. Los elementos del rotor del motor son apernados al molino en forma similar a los engranajes. Un estator rodea los elementos del rotor. La corriente de alimentación es transformada por un cicloconversor desde 50/60 Hz a cerca de 1 Hz. De esta forma, al modificar la frecuencia se logra regular la velocidad de operación del molino. Este desarrollo tecnológico ha permitido superar con creces la capacidad de los accionamientos de molinos rotatorios, siendo así que: 

en Cadia Hill, Australia, actualmente se encuentra en operación operación un molino semiautógeno de 40 pies de diámetro, con una potencia instalada de 19,500 k W (26,000 HP)











Tal vez una de las características principales que ha favorecido la instalación de accionamientos gear-less a nivel mundial, desde un punto de vista operacional, es la capacidad de modificar fácilmente la velocidad de operación del molino. Sin embargo, como se discutirá más adelante, ésta es raramente empleada con objetivos de optimizar el proceso. Los primeros molinos de gran tamaño con motor gear-less que operaron en el mundo, corresponden a los molinos semiautógenos de 32 x 17 pies (15 pies EGL) y potencia instalada de 8,200 kW (11,000 HP), de la División Chuquicamata de CODELCO Chile, que entraron en operación en 1989. Actualmente, los mayores fabricantes de molinos (Svedala y FFE Minerals) anuncian que tienen los diseños para molinos de 42 y 44 pies de diámetro, mientras que los principales fabricantes de accionamiento anuncian sistemas gear-less de 25,000 a 26,000 kW (33,000 a 35,000 HP) para éstos.

CONCEPTOS PARA DESCRIBIR EL PROCESO DE MOLIENDA La conceptualización del proceso de molienda semiautógena está experimentando un cambio importante en el último tiempo. El enfoque ya clásico del proceso de molienda en un molino rotatorio se basa en visualizar a este último como un reactor químico, y al proceso de molienda como una reacción química a la cual se aplica un modelo cinético. La distribución granulométrica del material hace las veces de composición química, tal que las fracciones gruesas „reaccionan“ para convertirse en partículas finas. Mediante balances de materia se describen cuantitativamente los procesos paralelos de transformación de partículas. El objetivo de la modelación es cuantificar el flujo de salida y su composición. Las fracciones de cada tamaño, esto es, la distribución granulométrica de mineral en el reactor, constituyen las variables cinéticas del proceso. Siguiendo con el enfoque, constantes cinéticas incorporan las condiciones ambientales. Concentraciones ∂wi ∂t

= − Si wi + ∑ Bij S j w j

Constantes Cinéticas El volumen de producción es función del tamaño del reactor y la distribución de tiempos de residencia. Se considera además que la energía consumida en el proceso es proporcional al tiempo y el tamaño del reactor, de modo que las constantes cinéticas pueden expresarse en forma independiente del tamaño del molino. Se supone que la cinética de fractura es determinada por el mineral y la distribución de tamaño de cuerpos moledores, y que varía poco o nada con las condiciones operacionales en el molino, salvo que éstas afecten a la potencia. En el caso de la molienda semiautógena, el mismo modelo se amplía para considerar tres subprocesos: Interacciones bola-partícula (B ↔p), Interacciones roca-partícula (R ↔p) y Autofractura de rocas (R). El resto permanece igual. En general, más energía significa más molienda. Según el enfoque cinético, el problema se centra en configurar la carga óptima del molino











La debilidad del enfoque cinético radica precisamente en el supuesto genérico de que más energía conduce a más molienda. En molinos convencionales, donde la velocidad y el volumen de la carga son constantes en el corto plazo, el movimiento de carga es siempre más o menos el mismo. Las variaciones de energía consumida provienen principalmente de la cantidad de mineral presente en el espacio intersticial. Se busca representar la mecánica del molino a través de un sinnúmero de ecuaciones empíricas de difícil interpretación. Los modelos así obtenidos sirven esencialmente para analizar el comportamiento estacionario del circuito en cuanto a cantidad y composición granulométrica del material producido. Desde el punto de vista del control operacional, la modelación cinética deja vacíos importantes a la hora de escoger diseño de revestimiento, velocidad de giro, o interpretar el efecto de la viscosidad de la carga o su composición granulométrica en la potencia. En los molinos semiautógenos de velocidad variable, el supuesto genérico de un sistema mecánico de estructura constante es incorrecto. El volumen de carga, su composición y la velocidad son variables dinámicas que modifican la forma en que la energía es consumida en el molino. Por ello, en el último tiempo ha ganado interés el estudio del movimiento de carga en los molinos. Mediante pequeños molinos transparentes, modelos simples de cálculo de trayectorias de caída o complejas modelaciones mediante métodos numéricos, se ha estudiado el uso de la energía en el molino y se ha aprovechado este conocimiento para mejorar el diseño de revestimientos, escoger y controlar más racionalmente la velocidad de giro del molino, e interpretar en mejor forma los cambios en el comportamiento de la carga cuando se modifica su composición o sus propiedades reológicas. Esto ha dado pie también al desarrollo de nueva instrumentación para sensar directamente información sobre las propiedades y el comportamiento de la carga. En resumen, la modelación clásica basada en consumos característicos de energía asociados a cada mineral resulta insuficiente para copar la variabilidad operacional del molino semiautógeno. El estudio del movimiento de carga apunta a examinar los mecanismos de consumo de energía del molino y el aprovechamiento de la energía en el proceso de molienda. La resultante de estos esfuerzos está ayudando a mejorar el control de los molinos, y también señalando una diferenciación decreciente entre el molino semiautógeno y los molinos convencionales, planteando una interrogante fundamental de diseño.

C ARGA LAS PROPIEDADES DE LA CARGA Granulometría de Alimentación

Una de las principales características de la molienda semiautógena es el empleo del mineral como medio de molienda y com o medio sometido a molienda. Debido a esto siempre se ha dado especial interés a la distribución de tamaños en la alimentación al molino, puesto que incide sobre la distribución de tamaños de mineral contenido en el molino y, por lo tanto, en la capacidad de molienda del mismo. Además, también se modifican las características del movimiento de la carga interna. Generalmente se considera que los tamaños mayores son esenciales para producir la fractura de tamaños pequeños, de modo que una ausencia de los primeros generan la acumulación de partículas de tamaño intermedio, consideradas de tamaño crítico. Por otra parte, es sabido que el aumento de tamaños críticos produce una distribución inestable de tamaños en la carga interna y una disminución en la capacidad de tratamiento del molino. Se debe considerar también que la presencia de tamaños mayores es importante para mantener un volumen de carga interna adecuado al interior del molino, lo que permite operar con velocidades mayores sin arriesgar la integridad de los revestimientos. El nivel de llenado de medios de molienda y su











demostrado que la capacidad de procesamiento queda definida fundamentalmente por la fracción de partículas bajo un determinado tamaño en la alimentación. Por ejemplo: 

En El Teniente la capacidad de procesamiento procesamiento del del molino es óptima cuando la fracción menor a 1 plg es mayor a 45%. Si esta fracción fracción disminuye, la capacidad del molino baja baja drásticamente, mientras que al contrario, la capacidad se ve incrementada en forma importante si la fracción bajo 1 plg es mayor a 50%. Esto ha dado lugar al inicio de un estudio de factibilidad para la instalación de una planta de prechancado de mineral de la alimentación a molienda semiautógena para procesar los tamaños intermedios del flujo de alimentación (2 a 5 plg). Inicialmente se ha instalado y puesto en funcionamiento un sistema de medición de la granulometría de alimentación a molienda semiautógena (Petra), que ha permitido tomar acciones de control a la granulometría de alimentación, ajustando en forma más precisa los alimentadores y su velocidad [6].



En Chuquicamata un estudio de de 12 meses de operación modificando la malla de tronadura tronadura de la mina y aumentando el factor de carga de explosivo, para aumentar la fracción de mineral bajo ½ plg que alimenta a la molienda semiautógena, demostró un aumento importante en la capacidad de procesamiento de los molinos semiautógenos, alrededor de 10%, con una disminución del consumo específico de energía en la molienda del orden de 12% [7].



En Mantos de Oro (planta La Coipa) se ha implementado una etapa de clasificación y prechancado del flujo de alimentación. La clasificación se realiza en un harnero de doble deck, con malla superior 4 plg y malla inferior de 2 plg, cuyos retenidos son enviados a un chancador de cono con abertura de descarga de 22 mm. De esta forma, la alimentación al molino semiautógeno es 100% bajo 2 plg, lo que los autores consideran un caso extremo de decisión de alimentar el molino semiautógeno con granulometría más fina, lo que trae asociado problemas operacionales diferentes. El aumento en la capacidad de procesamiento ha llegado a un 15% [8].



En Compañía Minera Candelaria ha quedado claramente demostrado en la práctica, que existe una importante segregación por tamaños del mineral en el stock pile, lo que implica que la línea con granulometría de alimentación más fina procesa alrededor de 8% más que la otra línea. Con la implementación de un sistema de determinación de granulometría de alimentación en línea (Split) se está evaluando poder reducir la diferencia con que se trabaja hoy en día [9].

La dureza del mineral

En la operación de circuitos de reducción de tamaños formados por molinos convencionales de bolas, ha quedado claramente demostrado que la dureza del mineral juega un rol importante en la determinación de la capacidad de procesamiento de mineral. De esta forma, el índice de dureza de Bond (Work Index) permite estimar en forma simple las variaciones que se pueden esperar al variar las características del mineral de acuerdo al frente de explotación de la mina. A partir de estos antecedentes, los operadores de molinos semiautógenos han extrapolado esta situación característica para explicar eventos de disminución de la capacidad de procesamiento, considerando que: mientras más duro es el mineral, mayor será el tiempo que toma su reducción de tamaño, de modo que operando a un flujo de alimentación constante se producirá un incremento en el nivel de llenado volumétrico de carga, lo que se traduce en la disminución de la tasa de procesamiento, y viceversa. Sin embargo, como se indicó anteriormente, es muy probable que el mayor efecto en las variaciones producidas en la capacidad de procesamiento del molino semiautógeno sea generado













relación entre el índice de dureza de Bond y el consumo específico de energía en la molienda semiautógena para seis plantas mineras chilenas. Esta figura deja claramente establecido que no existe ninguna relación entre estos parámetros, por lo que no es válido argumentar que disminuciones o aumentos en la capacidad de procesamiento del molino sea causada por variaciones puntuales de la dureza del mineral que se procesa. En la Figura 1.(b) 1.(b) se observa la relación entre el consumo específico de energía en el molino semiautógeno y el SAG Power Index (SPI) definido por Minovex [10] para las mismas plantas. En este caso la relación existente entre estos parámetros es bastante alta, lo que permite esperar que el SPI puede resultar una herramienta muy útil para la planificación de procesamiento de una planta. Sin embargo, se ha podido demostrar que el ensayo estándar para la determinación de este parámetro no es sensible a los cambios de granulometría de alimentación al molino semiautógeno industrial. Para ello, actualmente se desarrolla un programa de pruebas orientado a mejorar este aspecto [11]. Nivel de llenado de carga total: estimación y variabilidad

En el molino semiautógeno, el nivel de llenado de carga total (definido como la fracción del volumen efectivo del molino que es ocupado por la carga interna) está formado por los medios de molienda metálicos (bolas) y el mineral de tamaño grueso (colpas) e intermedios. Normalmente se considera que el mineral fino y el agua se alojan en los intersticios del lecho de bolas y colpas, siendo su aporte no significativo a la fracción de volumen del molino que ocupa la carga, pero afectando su densidad aparente. La forma más utilizada para estimar el nivel de llenado de carga total, es haciendo una relación entre mediciones puntuales del nivel de llenado volumétrico con el molino detenido y la presión de inyección de lubricante en los descansos del molino al momento de detenerlo, como se observa en la Figura 2. Así, 2. Así, al variar la presión en los descansos, se considera que ha ocurrido variaciones en el peso de la carga interna y ello debe reflejar variaciones en el nivel de llenado volumétrico del molino. Esta forma de estimar el nivel de llenado de carga total, deja fuera diferentes aspectos, como:

16

t / 14 h W k , G A12 S a

16

Planta 1 Planta 2 Planta 3 Planta 4 Planta 5 Planta 6

EPlanta=A+B*SPI t / 14 h W k , G A12 S a

R=0.995











•

Importantes variaciones que ocurren durante durante el tiempo que transcurre la operación (que en el caso de la Figura 2 corresponde a cuatro meses de operación del molino sem iautógeno). Estas variaciones son la pérdida de peso y cambios en la forma de los revestimientos, bruscas variaciones en el nivel de llenado de bolas, variaciones en el sistema de lubricación y del lubricante mismo.

•

Variaciones de la densidad aparente de la carga interna, por la modificación de la relación entre las masas de medios de molienda, mineral y agua.

40

% , o d i d e m o d a n e l l e d l e v i N

38 36

Jc = 675. 911 + 5 .297Psi

09/12

R = 0.92 SD = 8.45

34

09/12 16/01

32

12/02

17/02

30

22/01 09/12

28

03/03

12/02

26 24

18/03 22 800

810

820

830

840

850

860

870

880

890

Presión en los descansos, PSI

Figura 2. 2.

Curva típica de calibración del nivel de llenado volumétrico y la presión en los descansos, con mediciones realizadas durante cuatro meses de operación.

La variabilidad característica de la operación de un molino semiautógeno está definida por la variabilidad que presenta el nivel de llenado volumétrico de carga total, y esta última por causa de la imposibilidad de mantener un nivel constante de mineral al interior del molino. Esta variabilidad tiene diferentes causas, como son las variaciones de: la granulometría de alimentación, la granulometría de la carga interna, proporción de agua y mineral en la carga interna, las que











detención del molino por alarma en el sistema de lubricación y/o accionamientos, por un tiempo prolongado. El tiempo que el molino debe permanecer detenido depende de la masa de material que se alcanzó a acumular en su interior. 

Operación con bajos niveles de carga: lo que implica que el molino trabaja con un llenado volumétrico definido por los medios de molienda metálicos exclusivamente. El resultado de esta situación, bastante común a lo largo de la operación del molino, se refleja en una alta tasa de fractura de bolas (que genera consumos de acero mayor a lo normal) y daños severos en los revestimientos internos (placas y levantadores).

Nivel de llenado de bolas: Estimación y variabilidad

En general se considera que los molinos semiautógenos pueden contener hasta un 14% de llenado volumétrico de bolas. Los fabricantes de molinos restringen la masa de bolas que debe haber en la carga del molino semiautógeno, en consideración a análisis estructurales del molino y características del sistema de lubricación de los descansos. Sin embargo, una vez definido el nivel de bolas “óptimo”, durante la operación de los molinos no existe ninguna certeza sobre la cantidad real de medios de molienda contenidos en la carga interna. En la práctica se utilizan dos alternativas para controlar el nivel de llenado de bolas de un molino semiautógeno en operación: 

Grind-out: que consiste consiste en operar el molino sin alimentación de mineral, mineral, con un determinado flujo de agua en la alimentación, hasta que se evacua el mineral contenido en el molino, quedando la carga interna formada sólo por medios de molienda



Inferencia en base a la potencia: que que consiste en operar el molino en una condición de relativa estabilidad a una velocidad definida previamente (si el molino es de velocidad variable) durante un lapso de tiempo adecuado, anotando el consumo de potencia promedio del molino. Posteriormente, detener instantáneamente los flujos de alimentación de mineral y agua, y el molino. Una vez detenido se mide el nivel de llenado volumétrico de carga total y se lleva a un gráfico de curvas teóricas de potencia versus el nivel de llenado volumétrico de carga total, correspondiendo el nivel de bolas a la curva que corresponda la potencia medida al momento de detener el molino, Figura 3. Ambas alternativas presentan aspectos aspectos favorables y desfavorables:

El grind-out permite medir el nivel de llenado de bolas real al momento de realizarlo. Sin embargo, durante el tiempo que se efectúa el lavado del molino se provoca la interacción directa de una gran masa de cuerpos metálicos en movimiento con el revestimiento del molino (levantadores, placas y parrillas), provocando daños irreparables irreparables en estos, y aún aún más generando daños a la misma carga











en un molino industrial. En la Figura 4(b) 4(b) se observan, para el mismo molino e intervalo de tiempo evaluado, la cantidad de bolas recargadas (en número y en masa) al molino. Es posible apreciar que existen situaciones extremas como: 

Agregar, en en un turno específico, específico, una gran masa de bolas de reposición para para recuperar disminuciones “inexplicables” del nivel de llenado de medios de molienda.

12 11 10

W M 9 , a i c n 8 e t o P

14 % 12 %

7

10 %

6 5

8% 5

10

15

20

25

30

35

40

45

Nivel de llenado total, Jc

Figura 3

Curvas teóricas de consumo de potencia de un molino semiautógeno de 36 pies de diámetro, para diferentes niveles de llenado de bolas en función del nivel de llenado volumétrico del molino y para una velocidad de operación dada.

16

14

% , s a

12

10

s a d a g r a C

6000

51.18

5000

42.65

4000

34.12

t , s a d a g r a













Dejar de agregar bolas de recarga durante varios turnos o días para lograr disminuir aumentos “inexplicables” del nivel de llenado de medios de molienda.

Es posible apreciar en terreno que los operadores no consideran que estas dos acciones repercuten fuertemente sobre los parámetros operacionales del molino: potencia, presión en los descansos, peso dado por celdas de carga, torque, y, más aún, variaciones importantes en la tasa de desgaste de los medios moledores. La primera acción, aumenta bruscamente la densidad aparente de la carga interna, genera un incremento en la energía disponible, eleva el nivel de impactos y es altamente probable que incremente la fractura de los medios de molienda durante las primeras horas de operación después d e realizada ésta. La segunda, provoca una desaparición paulatina de los tamaños mayores de medios de molienda y una vez que se reinicia la recarga de bolas, provoca una discontinuidad en el perfil de tamaños de la carga interna. Se define que bajo condiciones normales de operación, la tasa de desgaste de los medios de molienda es directamente proporcional al área expuesta por la carga de bolas, esto es, se considera que existe sólo desgaste abrasivo. Sin embargo, en la operación “normal” del molino semiautógeno está implícita la alta variabilidad del nivel de llenado de carga interna, por lo que así como hay desgaste abrasivo, también existen frecuentemente eventos de generación de pérdida masiva de bolas, como trozos debidos a fractura y/o generación de chips. Esto implica que se debería hacer un análisis más estricto al consumo de acero en molinos semiautógenos [12], considerando un balance como el mostrado por la Figura 2.5, donde se identifican los siguientes flujos: 

la recarga diaria o por turnos, definida por la masa de bolas y los diferentes tamaños que se agregan (normalmente en molienda semiautógena se utiliza sólo un tamaño de recarga)



el flujo de descarga formado por: 

acero que sale del circuito semiautógeno hacia el circuito secundario, con tamaños menores a la abertura de la malla del harnero o trommel (formado por bolas gastadas, trozos de bola fracturada y chips)



acero en tamaños mayores mayores a la abertura del harnero o trommel, que en algunos casos son recirculados al molino y en otros son eliminados como scrap, o, en muchos casos se combinan las dos situaciones. Lo anterior indica que la tasa real de desgaste de los cuerpos moledores no es constante.

Retorno Flujo













El tamaño óptimo de medios de molienda

En la práctica se ha mantenido la convicción que la molienda semiautógena debería operar con el mayor tamaño de bola existente en el mercado [13]. Esto sobre la base de que a medida que se aumenta el tamaño del medio de molienda se dispone de mayor energía de impacto, aumentando la capacidad de molienda del molino. Sin embargo, a medida que los molinos semiautógenos crecen en diámetro, las fuerzas de impacto asociados a un mismo tamaño de bola crecen fuertemente. En la Tabla 2 se presentan mediciones de fuerza y esfuerzos de impacto de medios de molienda de acero medidos en diferentes molinos industriales por David Dunn [14]. Haciendo un análisis de los datos publicados por Dunn, lógicamente se puede demostrar que la fuerza de impacto, en N, y el esfuerzo hertziano de impacto, en Mpa, son función del producto entre la masa del medio de molienda y el diámetro del molino (que es proporcional a la altura de caída de medios de molienda), como se observa en la Figura 6(a) 6(a) y Figura 6(b) 6(b) respectivamente. De aquí, es posible apreciar las exigencias mecánicas a las que están sometidos tanto los medios de molienda como los revestimientos de un molino rotatorio, y en especial los molinos semiautógenos de gran tamaño, las que superan largamente los valores estáticos de resistencia de los materiales utilizados. Por ello, es importante no perder de vista que bajo estas condiciones de exigencia límite, la vida útil de los revestimientos de un molino semiautógeno (especialmente parrillas internas) y también de los medios de molienda que forman parte de la carga interna, dependen tanto de sus características de fabricación, como de las condiciones de operación que se definan en el proceso. Desde este punto de vista no hay factores de seguridad en los cuales se pueda confiar, pero si se analiza este tema desde el objetivo de la molienda, que es reducir de tamaños partículas minerales, surgen las siguientes interrogantes: -

¿Cuáles serán los niveles necesarios de fuerzas de impacto que se requieren al interior del molino para reducir de tamaño el mineral? ¿Los eventos que generan la reducción de tamaño de los minerales al interior de un molino











Tabla 2Fuerzas 2 Fuerzas y esfuerzos de impacto medidos en molinos industriales [14]. Diámetro de molino, m

2.47

3.96

8.53

Bolas, descarga por parrillas

Bolas, descarga por rebalse

Semiautógeno

Velocidad de giro, rpm

20

14.5

10.2

% de velocidad crítica

78

66

69

Caída total de bolas, m

2.03

2.28

6.39

Velocidad de impacto, m/s

6.55

6.79

11.39

Desaceleración de impacto1 ♦ Con mineral ♦ Sin mineral

350 760

380 820

650 1,300

Diámetro de bolas, mm

76

76

101

127

Peso de bolas, kg

1.8

1.8

4.3

8.4

6,230 13,500

6,760 14,600

27,500 54,900

53,700 108,000

2,270 2,920

2,980 3,760

3,210 4,050

Tipo de molino

Fuerza de impacto, N ♦ Con mineral ♦ Sin mineral

Esfuerzos Hertzianos, Mpa Con mineral 2,200 ♦ Sin mineral 2,850 ♦ 1 Estimado en múltiplos de la aceleración de gravedad, g.











abrasivo que provoca la pulpa que la atraviesa. La Figura La Figura 8 muestra 8 muestra una curva típica de variación de parrillas de descarga [15]. Las modificaciones a las parrillas de descarga incluyen aumentos o disminuciones de la abertura de los slots, manteniendo o aumentando el área libre que exponen sobre la carga interna. La tendencia inicial en una planta es aumentar la abertura de los slots para aumentar la capacidad de evacuación y así aumentar la tasa de procesamiento de mineral. Sin embargo, esta tendencia no puede mantenerse siempre, ya que por ejemplo, si se disminuye la granulometría de alimentación (cerrando el setting del chancador primario o agregando prechancado), lo aconsejable será disminuir la abertura de los slots. Así mismo, m ismo, se debe considerar que las modificaciones de las características c aracterísticas de la parrilla también influyen sobre otros parámetros del proceso, como son: la relación agua/mineral en la carga interna y la tasa de desgaste y tamaño de recarga de medios de molienda.











EL MOVIMIENTO DE LA CARGA Quiebres de revestimientos: levantadores y parrillas: una molienda indeseable

Normalmente se considera que la principal función del revestimiento interior de un molino es la protección contra el desgaste. Sin embargo, el revestimiento constituye además el medio de transferencia de energía a la carga del molino, derivando esto en patrones específicos de movimiento de la carga interna [5]. La Figura 9 muestra 9 muestra esquemáticamente como se caracteriza el movimiento de la carga interna de un molino. Así, la magnitud de la energía disponible y su distribución sobre la carga interna en movimiento determinan la capacidad de molienda. El diseño del perfil del levantador modifica drásticamente las trayectorias seguidas por los componentes de la carga, influyendo sobre el consumo de potencia y la capacidad de molienda m olienda [5]. Como se ha indicado anteriormente, la fractura de revestimientos del molino son causadas por el impacto directo de medios de molienda metálicos que son lanzados al interior del molino. Esta situación, unida a la poco certera inferencia del nivel de llenado del molino a través de la presión en los descansos, provoca una alta inseguridad en el operador (y a sistemas de control automático) frente a la decisión acertada de acciones de optimización del proceso, como es el aumentar la velocidad de operación del molino. El diseño de los revestimientos (número y ángulo de ataque) se presenta como una alternativa de reducir la fractura de éstos y aumentar la disponibilidad del molino. En la Figura 10 se observa que al reducir el ángulo del levantador se obtienen modificaciones más drásticas en la trayectoria de la carga interna en catarata que al modificar la velocidad del molino. Por otro lado, se ha observado que el cegamiento de las parrillas es principalmente por peening, al producirse un desplazamiento de material que forma parte del nervio entre las aberturas de la parrilla hacia estas últimas. Se manejan dos fenómenos que pueden ser causa de esta situación:











Trayectoria de caída

Trayectorias de caída

y e f e c t o d e la v e lo c i d a d

e n f u n c i ó n d e l á n g u lo lo d e a t a q u e

15

15

10

10

85% v.c.

5

5

] m 0 c [ Y

75% v.c.

-5

-5

Diámetro del molino 300 [mm] diámetro de bola 10 [mm] altura levantador levantador 10 [mm ] ángulo de ataque 90º - 10

-5

0

X [cm]

Figura 10

5

10

15

45º

Diámetro del molino 300 [mm] diámetro de bola 10 [mm] altura levantador 10 [mm] velocidad de giro 75% vel. crit.

-10

-15 -15

60º

] m 0 c [ Y

65% v.c.

-10

90º

-15 -15

-10

-5

0

5

10

15

X [cm]

Variaciones en el movimiento de la carga interna del molino en función función de la velocidad de operación y del diseño del revestimiento.



Deformación del material por golpe directo de de medios de de molienda en caída libre, lo que aparece como menos probable debido al diseño de la cámara de molienda y las posibles trayectorias que seguirían los medios de moli enda.



Deformación del material por los esfuerzos esfuerzos ejercidos por la masa de carga interna en













el pie de carga y aprovechar su energía en provocar una mayor tasa de molienda, y no sobre el revestimiento, lo que implica una pérdida de la energía de impacto en dañar el revestimiento (y la carga de medios de molienda al provocar su fractura). De aquí se debe entender que el diseño del revestimiento se va modificando desde el momento que se instala hasta el momento en que es retirado después de cumplir su vida útil.











El segundo comentario sobre este tema es que este cambio de perfil no hace sino confirmar lo que ya se sabe hace años en la molienda convencional: el diseño ondulado de revestimientos es el que genera los mejores perfiles de movimiento de carga. Aunque los levantadores ondulados presentan caras curvas, sus ángulos de ataque se encuentran en el rango de 50º a 60º. La velocidad de operación, su fijación y control

Como se discute antes en este artículo, la tendencia general en el diseño de molinos semiautógenos en los últimos años es considerar accionamientos de velocidad variable, con un alto costo de inversión asociado. Esta situación permite esperar que la velocidad sea considerada una variable de operación manipulable para lograr la optimización del proceso, esperando maximizar las capacidades de procesamiento. Sin embargo, al no tener certeza sobre el nivel de llenado del molino, el operador limita la velocidad de operación del molino buscando proteger los revestimientos del impacto directo de los medios de molienda. Por ello, es común ver que a pesar de contar con velocidad variable, los molinos son operados a velocidad constante, utilizándose











El sensor más corriente es la tradicional oreja eléctrica. Este es un sistema que provee una señal proporcional a la intensidad acústica del ruido capturado por un sensor, generalmente una bocina. La ubicación de los micrófonos así como la banda de frecuencia usada para generar la señal varían de una planta a otra. Su gran ventaja es la simpleza y bajo costo. Sin embargo, su desempeño muestra una ambigüedad al momento de identificar las causales de aumento del ruido. Cuando se desarrolló este sistema para molinos convencionales como un medio de sensar el llenado y controlar la alimentación, la velocidad y el llenado volumétrico de estos molinos era constante en el corto plazo, de modo que la única causal de aumento de ruido era la falta de mineral. En el caso del molino semiautógeno, la velocidad, el llenado volumétrico y la composición de la carga son variables y cada una de ellas es causal de cambios en el ruido. La Figura 12 muestra un ejemplo de dependencia de datos de intensidad de ruido con la velocidad y el llenado, en un molino cuyo control establece reducir la velocidad cada vez que el ruido excede un valor límite. Se observa que la señal de la oreja varía consistentemente con el nivel de llenado, mientras que la velocidad no muestra un patrón claro. Para mejorar esta situación se ha desarrollado una nueva tecnología basada en





















COMENTARIOS Y CONCLUSIONES La molienda semiautógena se encuentra en el apogeo de su desarrollo, con molinos cada vez mayores y de mayor potencia. el conocimiento operacional está aumentando considerablemente gracias al paulatino abandono de conceptos provenientes de la molienda convencional para dar paso a un nuevo conocimiento sustentado en la comprensión de las variaciones de la composición y movimiento de la carga. Sin embargo, este mismo conocimiento indica que probablemente las condiciones óptimas de funcionamiento de los molinos semiautógenos se encuentran fuera del rango de molienda semiautógena propiamente tal. En el futuro próximo se hará necesario revisar los conceptos de diseño de estos molinos y del circuito d el cual forman parte.

REFERENCIAS













13. Sepúlveda, J., “Taller de Discusión: Medios de Molienda en Molinos Semiautógenos”, Workshop SAG’99, Viña del Mar, 1999. 14. Dunn, D., Martin, R., “Measurement of Impact Impact Forces in Ball Mills”, Min. Eng., 1978.

Temas Actuales en Sag

Recommend Documents