FUNDAMENTOS MOLIENDA

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INDICE 1.

REFERENCIAS DE SEGURIDAD RELACIONADAS CON CIERTAS FASES DEL TRABAJO. ................................................................................................................................ 3

1.1 1.2 1.3 1.4

GENERALIDADES .................................................................................................................... 3 SEGURIDAD GENERAL PARA OPERACIÓN DE LOS EQUIPOS....................................... 4 RIESGOS COMUNES ................................................................................................................ 7 RIESGOS ESPECÍFICOS ........................................................................................................... 7

2.

FUNDAMENTO DEL MANEJO DE SÓLIDOS .................................................................. 9 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7

3

GENERALIDADES .................................................................................................................... 9 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO............................................................................................. 9 TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS ........................................................................................... 9 MEDIDA POR TAMIZADO .................................................................................................... 10 DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑO DE UN SISTEMA DE PARTÍCULAS ............................... 11 FUNCIONES DE FRECUENCIA............................................................................................. 11 PRESENTACIÓN DE INFORMES GRANULOMÉTRICOS ................................................. 11 MOLIENDA............................................................................................................................ 13

3.1 3.2 3.3 3.4 4

GENERALIDADES .................................................................................................................. 13 OBJETIVOS DE LA MOLIENDA Y SU IMPORTANCIA .................................................... 13 MECANISMO DE MOLIENDA .............................................................................................. 13 MOVIMIENTO DE LA CARGA EN UN MOLINO................................................................ 14 MOLINOS ROTATORIOS DE VOLTEO .......................................................................... 17

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 5

MOLINO DE BARRAS ............................................................................................................ 17 MOLINO DE BOLAS ............................................................................................................... 19 MOLIENDA AUTOGENA....................................................................................................... 21 MECANISMOS DE REDUCCIÓN DE TAMAÑOS EN MOLIENDA AUTÓGENA ........... 24 MOLIENDA AUTOGENA VERSUS CONVENCIONAL...................................................... 26 APLICACIÓN DE CIRCUITOS DE MOLIENDA AUTOGENA DE ACUERDO AL MATERIAL............................................................................................................................... 27 CIRCUITOS CONVENCIONALES DE MOLIENDA Y CLASIFICACIÓN ................ 29

5.1 SIMULACIÓN DE CIRCUITOS.............................................................................................. 29 5.2 CRITERIOS DE OPTIMIZACIÓN........................................................................................... 29 5.3 EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LOS CIRCUITOS DE MOLIENDA .................................... 30 6.

CIRCUITOS DE MOLIENDA.............................................................................................. 42 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8

7

CONTROL DEL CIRCUITO DE MOLIENDA ....................................................................... 43 CÁLCULOS OPERACIONALES ............................................................................................ 43 PORCENTAJE DE SÓLIDOS .................................................................................................. 44 PESO ESPECÍFICO .................................................................................................................. 44 BALANZA MARCY................................................................................................................. 45 CÁLCULO DE LA CARGA CIRCULANTE EN UN CIRCUITO.......................................... 45 ASPECTOS DE CONSTRUCCION. ........................................................................................ 47 ASPECTOS PRÁCTICOS ........................................................................................................ 49 CLASIFICACION CON HIDROCICLONES..................................................................... 50

7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6

GENERALIDADES .................................................................................................................. 50 DESCRIPCIÓN Y OPERACIÓN ............................................................................................. 50 LA COLUMNA DE AIRE ........................................................................................................ 53 APLICACIÓN DE LOS HIDROCICLONES EN CIRCUITOS DE MOLIENDA ........... 54 ASPECTOS PRÁCTICOS ........................................................................................................ 55 CONSTRUCCIÓN .................................................................................................................... 56 1

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8

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EQUIPOS ANEXOS .............................................................................................................. 58 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5

9

BOMBAS .................................................................................................................................. 58 CLASIFICADORES ESPIRALES............................................................................................ 62 ANALIZADOR DE TAMAÑO DE PARTICULA................................................................... 65 DENSIMETRO NUCLEAR...................................................................................................... 66 MEDIDORES DE CAUDAL .................................................................................................... 68 ASPECTOS OPERACIONALES DEL CIRCUITO DE MOLIENDA............................ 71

9.1 9.2 9.3 9.4

IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES DE PROCESO ............................................................ 71 VARIABLES DE UN PROCESO DE REDUCCIÓN DE TAMAÑO...................................... 72 VARIABLES MANIPULADAS............................................................................................... 72 PERTURBACIONES CARACTERÍSTICAS........................................................................... 73

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MOLIENDA 1.

REFERENCIAS DE SEGURIDAD CON CIERTAS FASES DEL TRABAJO.

RELACIONADAS

CLC, está comprometida en desarrollar sus operaciones cuidando la Seguridad de sus trabajadores, contratistas y proveedores. Los que en ella laboramos estamos empeñados en materializar nuestra visión “ACTIVIDAD SEGURA, SANA SIN ACCIDENTES”. Estamos convencidos que ninguna meta es tan importante de alcanzar si para ello ponemos en riesgo la integridad de las personas, el ambiente que nos rodea o los recursos materiales que manejamos.

1.1

GENERALIDADES Las recomendaciones incluidas, tienen como finalidad evitar las situaciones de inseguridad más comunes. Naturalmente, es imposible prever todas las situaciones que pueden ocurrir durante la operación de los equipos. Por esa razón queda como obligación de los operadores saber los requisitos específicos, las precauciones y los peligros que existen en el área de trabajo, y de tratar de ellos con su supervisor, para evitar cualquier condición de inseguridad no cubierta en esta sección. Para el caso del área del Molienda, se debe observar y seguir las instrucciones y reglamentos locales de seguridad cuando instale y opere un molino. El molino debe instalarse sobre una cimentación adecuada. Las fuerzas estáticas y dinámicas para los puntos de soporte están proporcionadas en el diagrama de instalación. No debe haber cargas ni vibraciones sobre el triturador provenientes de otros equipos o construcciones de la planta. Rechace cualquier método de trabajo que pudiera poner en peligro la seguridad de las personas y/o equipamiento. Antes de reiniciar la tarea, tome todas las medidas necesarias para que siempre las personas y/o equipamiento trabajen bajo condiciones de seguridad. Todas las partes de rotación de la transmisión de energía, por ejemplo, volantes, ejes, acoplamientos, rodillos V y bandas V, deben estar cubiertas adecuadamente para asegurar que no pongan en peligro al personal de seguridad y equipo relacionado. Se recomienda, por ejemplo, de protecciones removibles, paros de emergencia, aislamientos, dispositivos de succión, que estén colocados en la posición correcta y sean operativos. El alimentador y la tolva de alimentación deben estar construidos e instalados de manera que las piedras no caigan por doquier. El material triturado debe ser dirigido directamente al alimentador para evitar riesgos al personal. Revise periódicamente el Triturador para ver que no haya defectos o daños perceptibles externamente. Notifique de inmediato al personal/cuerpo responsable de cualquier cambio (incluyendo cualquier desviación del rendimiento normal de servicio). En el caso de que exista alguna de estas condiciones, pare el triturador de inmediato. Observe los procedimientos de arranque y paro del Molino y los dispositivos/señales de control, de acuerdo al Manual de Instrucciones. 3


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El uso de un sistema administrativo de bloqueo de energías para la intervención de equipos es un requisito indispensable en operación y mantenimiento. Antes de arrancar el Molino, asegúrese de que ninguna persona corre peligro. Camine alrededor del equipo para asegurarse de que nadie está encima o abajo del Triturador.

1.2

SEGURIDAD GENERAL PARA OPERACIÓN DE LOS EQUIPOS Históricamente, la mayoría de los accidentes con daños a las personas en instalaciones de manejo de materiales ocurren durante el mantenimiento, aunque una parte también sucede durante la inspección de partes móviles o mientras se retiran obstáculos materiales desde los equipos. Por consiguiente, este ítem da énfasis a las precauciones de seguridad a observarse durante esas actividades. Para evitar riesgos potenciales de seguridad es importante que:

1.2.1

•

Las recomendaciones en los manuales de instrucciones sean estudiadas y seguidas.

•

El personal reciba regularmente entrenamiento sobre mantenimiento y seguridad.

•

Los reglamentos generales y oficiales sean seguidos.

•

Las áreas peligrosas estén indicadas con señales de alerta.

•

Los equipos y herramientas adecuadas estén disponibles.

SEGURIDAD PERSONAL 1. Leer y entender cada uno de los avisos, cuidados e instrucciones contenidas en el Manual de Operación referidos al área en que trabaja. 2. Informar todos los accidentes e incidentes inmediatamente al supervisor. Consultar un médico o área médica lo más rápidamente posible en caso de lesión. 3. Mantener una lista con números de teléfonos de emergencia cerca del aparato de teléfono del área y mantener todo personal enterado de esta lista y su localización. 4. No operar el equipo o trabajar alrededor si estuviese bajo el efecto de alcohol, medicinas, tranquilizantes u otras drogas que afectan la capacidad de juicio o atención. 5. Usar siempre el Equipo de Protección Individual (EPI) exigido por la Compañía en cada zona de trabajo. Por ejemplo: a. Gafas de seguridad. b. Guantes adecuados para protegerse contra cortes, quemaduras y ataque de líquidos. c. Casco resistente y zapatos de seguridad adecuados para el trabajo a ejecutar. d. En áreas donde ruidos son elevados usar protectores auriculares adecuados. . e. Usar un aparato o una máscara de respiración cuando el ambiente estuviese con polvo, o cuando se pinta o trabaje con productos químicos, solventes u otras substancias que puedan comprometer la salud.


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6. Quitar anillos, relojes de pulso, pulseras, corrientes, etc. antes de trabajar en cualquier parte del equipo. Tener cuidado con el pelo y accesorios de vestuario (ropa, anillos, cadenas) que pueden enredarse en partes o controles móviles del equipo. 7. No correr riesgos con la columna. Usar dispositivos de izamiento y movimiento para ayudar en el trabajo. Siempre levantar utilizando las piernas, nunca con la columna.

1.2.2

SEGURIDAD EN EL ÁREA DE TRABAJO 1. Mantener el área de trabajo limpia y libre de escombros. Evitar acumulaciones de material en pasarelas, plataformas, escaleras y sitios de tránsito en general. 2. No permitir presencia de personal no autorizado en el sitio de trabajo. Saber siempre quién está en ese sitio de trabajo. Hacer un listado cuando sea necesario. Conocer los puntos de evacuación y conteo de personal en casos de emergencia 3. Mantener las superficies que serán tocadas y pisadas, limpias, secas y exentas de aceite o grasas. 4. Mantener pasamanos, barandillas, escaleras y plataformas limpias, secas y libres de aceite o grasa. Guardar piezas y herramientas en sitios designados cuando no están usándose. 5. Mantener equipo de seguridad en lugar apropiado y certificarse que el personal del área de trabajo conoce la localización y como usarlo. 6. Hacer una verificación diaria de las alarmas de partida y dispositivos de advertencia en el sitio de trabajo, certificándose que todos funcionen antes de arrancar u operar el equipo. 7. No ubicarse debajo o permitir que alguien se ubique o desplace debajo del equipo que esté siendo izado o suspendido. 8. Usar elementos de izaje (ganchos, cuerdas, cadenas, etc) debidamente certificados por el proveedor, a fin de garantizar su resistencia para el peso a izar y usar barras espaciadoras cuando sea necesario 9. Conocer las limitaciones de peso y espacio alrededor del área de trabajo y también para el equipo utilizado, ejemplo: grúas, monorieles, etc. 10. No sobrecargar los pasillos. Ellos son previstos para personal, no para equipos. 11. Estar alerta para condiciones que puedan perjudicar la visión en el área de trabajo. 12. Bloquear las áreas de trabajo y lugares de acceso con señales de alerta cuando se realicen manutenciones y/o reparaciones prolongadas (Use cinta de advertencia) 13. Antes de la intervención de equipos de operación verifique que todas las energías han sido bloqueadas y/o se encuentran controladas, eléctrica, mecánica, hidráulica, neumática, etc. Siempre aislar los motores de accionamiento de los equipos antes de quitar las protecciones o ejecutar cualquier inspección o trabajo de mantenimiento. 14. Se prohíbe quitar las protecciones puestas en poleas, acoplamientos y otras partes girantes y/o oscilantes de los equipos. 15. Se prohíbe quitar frenos o dispositivos de protecciones, por cualquier medio, volverlos inoperantes. 5


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16. Comunicar a la persona responsable toda la normalidad o defecto que fuera observado durante el funcionamiento de los equipos. 17. Mantener las manos lejos de los rodillos, acoplamientos, cilindros, poleas, compuertas, engranajes u otras partes móviles de las máquinas. No coger objetos que estuviesen cerca de ellos, a no ser cuando la máquina estuviera parada. 18. No dejar herramientas esparcidas en el suelo, ni abandonarlas, guardarlas en sus debidos lugares. 19. No arrojar herramientas a su compañero, ellas deben pasarse de mano en mano. 20. No trabajar con herramientas averiadas, gastadas o con rajaduras. Enviarlas para reparación o cambio. 21. No llevar herramientas afiladas o puntiagudas en los bolsillos. 22. No utilizar herramientas improvisadas. Use la herramienta adecuada para cada tipo de tareas 23. No intentar reparar o modificar hilos o aparatos eléctricos si no es de su atribución. 24. Poner de antemano un aviso muy visible alertando para que el equipo no sea encendido, cuando estuviera trabajando en sus circuitos eléctricos. Para intervención de equipos eléctricos se debe aplicar el procedimiento de bloqueo de energías peligrosas. 25. Desconectar rápidamente motores o equipos eléctricos que presenten anormalidades (chispa, humo, etc.) y comunicar a la supervisión. 26. Verificar manualmente la operación adecuada de todas las llaves eléctricas de seguridad al principio de cada turno. 27. Empezar cualquier operación en el equipo solo después de recibir la señal apropiada de autorización. Sin embargo, obedecer a la señal de parada y ejecutarla independiente de quién dé la señal. 28. Si la alimentación de energía fuera interrumpida durante la operación, el operador debe inmediatamente verificar los dispositivos eléctricos de seguridad a fin de detectar el fallo. 29. No dejar herramientas u otros utensilios esparcidos en lugares donde se efectuó algún servicio de mantenimiento. 30. No efectuar lubricación en partes móviles antes de la parada del equipo. No limpiar máquinas en movimiento. 31. Mantener siempre habilitado y limpio el lugar de tránsito de máquinas móviles, sus rieles, vagón, así como toda el área de giro y desplazamiento de lanzas, ganchos, y estructuras móviles. 32. Manténgase alejado de las fuentes radiactivas. 33. Disponga en el lugar adecuado de los residuos producto de la operación y/o manutención.


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1.3

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RIESGOS COMUNES •

CAIDA EN EL MISMO Y DIFERENTE NIVEL, que puedan llegar a producirse en el suelo, plataformas, escalas, escaleras, partes superiores y diferentes niveles de estructuras.

•

PROYECCION DE PARTICULAS, estas son producto de la descarga y traspaso de mineral, en equipos, cintas transportadoras, etc.

•

POLVO, al ser estas partículas de materia que con cualquier movimiento se levantan en el aire, el riesgo más común es la inhalación de estas pequeñísimas partículas causando problemas respiratorios graves. Así como también llegar a causar obstrucción de la visión, producto de nubes de polvo. RUIDO, producido por equipos, motores, carga y descarga de materiales, u otras fuentes, provocan molestias de desagrado e incomodidad, causando alteraciones en el sistema nervioso, llegando a problemas como la disminución de la concentración, sordera y estrés entre otros.

•

•

CHOQUE ELECTRICO, producido por la manipulación de equipos o herramientas alimentadas mediante fuentes de electricidad, enumera uno de los riesgos altamente peligrosos.

•

OPERACIÓN DE EQUIPOS, dado que las características, operación y funcionamiento de los distintos equipos involucrados en el proceso son muy distintos, los riesgos también lo son, por lo cual su prevención queda sujeta de acuerdo a su manutención, operación, reglamentos, normas y procedimientos.

•

“FUEGO”, este tiene un riesgo elevado de peligro e inseguridades asociadas, por lo cual es importante conocer todo aquello referido a manera de proceder frente a un siniestro de incendio.

•

LESIONES OSTEO MUSCULARES: Una cantidad importante de accidentes se producen por el manejo inadecuado de cargas manuales, la adopción de posturas viciosas y la repetitividad de las tareas. Las cargas deben se manejadas de acuerdo con el procedimiento de manejo manual de cargas y deben ser evaluados los lugares de trabajo desde el punto de vista del riesgo ERGONÓMICO.

•

EXPOSICIÓN A LOS RAYOS ULTRA VIOLETA: La radiación solar es responsable de múltiples lesiones a la piel para aquellos que tienen prolongada exposición, de aquí la importancia de adoptar la medidas de control adecuadas.

1.4

RIESGOS ESPECÍFICOS •

CAMBIOS DE REVESTIMIENTOS, dado el peso y dimensiones, la manipulación, instalación y desmontaje de los revestimientos es una actividad de alto riesgo para el personal.

•

DESATASCO DE TOLVA Y ALIMENTADORES, el evento de mayor peligro es el movimiento violento y sorpresivo del mineral contenido en el atollo.

•

CINTAS TRANSPORTADORAS, dada la peligrosidad de estos equipos, las condiciones de seguridad son muy rigurosas. Los riesgos más importantes son el atrapamiento y la caída de materiales.


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•

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CAIDA DE RODILLOS, estos elementos de rotación acompañan a las cintar transportadoras en todo su recorrido incluyendo las pendientes y la altura, de allí el riesgo de caídas imprevistas.

Prevención de riesgos •

La prevención de riesgos es RESPONSABILIDAD DE CADA PERSONA y requiere de sus acciones seguras como por ejemplo, tener la mente y concentración en la tarea, “ver” su campo de acción con real conciencia, no cometer acciones temerarias o desafiantes, no situarse en la línea de acción de equipos o energías.

•

RESPETAR LA SEÑALIZACION EXISTENTE: El propósito de éstas es atraer rápidamente la atención ante un peligro, y facilitar su identificación mediante un mensaje o un símbolo o una combinación de ambas.

•

AREA DE TRABAJO: Aprenda con anticipación tanto como sea acerca del lugar de trabajo, mantenga limpia y libre de obstáculos pasarelas, plataformas, escaleras y sitios de transito en general.

•

ESTAR ATENTO A LAS CONDICIONES DE TRABAJO: Tanto en el área de equipos involucrados, equipos de seguridad, personal autorizado, así como también condiciones como el ruido, visión, etc.

•

EQUIPO DE PROTECCION PERSONAL: Es vital para la seguridad en el lugar de trabajo, establece la última barrera entre el trabajador y el riesgo, pero no lo elimina. Los elementos son básicos para molienda son los siguientes: • Buzo de protección. • Máscara de protección para el polvo. • Guantes es de cuero. • Protector auditivo. • Uso de arnés de seguridad • Zapatos de seguridad (Caña alta) • Gorro tipo legionario para protección de rayos UV. • Botas de agua con protección de acero para áreas húmedas • Lentes de seguridad antiempañantes con protección UV • Casco de protección con barbiquejo.

ACTIVIDADES DE PREVENCIÓN: Cada trabajador debe utilizar todos los mecanismos de prevención y control a su alcance, la evaluación diaria de los riesgos es una actividad muy poderosa tendiente a la eliminación de los accidentes.


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2.

2.1

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FUNDAMENTO DEL MANEJO DE SÓLIDOS

GENERALIDADES El estudio de las operaciones mecánicas y de concentración sólo es posible si se conocen las siguientes características del mineral: • Composición química • Identidad mineralógica • Composición granulométrica Para estudiar las operaciones de concentración es imprescindible conocer la identidad mineralógica de las especies componentes. La evaluación de su eficiencia se logra con ensayos químicos en las cabezas, y en las salidas. Análogamente las características granulométricas son esenciales para las operaciones de reducción de tamaño, clasificación y desaguado; ya que los problemas de diseminación y liberación sólo pueden ser estudiados si se conocen esas características.

2.2

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO Los productos de una operación de fragmentación constituyen lo que se llama una dispersión sólida. El análisis granulométrico estudia la composición granular de mezclas de partículas de esta dispersión, con el fin específico de determinar su tamaño, forma y proporciones.

2.3

TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS El tamaño de las partículas puede expresarse de diferentes modos. Si la partícula es esférica, el valor representativo podrá ser su diámetro, su área proyectada sobre un plano, su volumen o la superficie total de la partícula. Si tiene forma cúbica, el valor representativo de su tamaño puede ser la longitud del lado, el área proyectada, el volumen o la superficie total del cubo. Sin embargo, en el caso de partículas que no tienen formas geométricas regulares, que es el caso de los minerales, existe un sin fin de dimensiones que se pueden considerar como el tamaño de la partícula. 9


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Ello ha llevado a científicos e investigadores a introducir una serie de métodos de medidas de la partícula, cuyos resultados dependen de la diferencia o intervalo de los tamaños, de sus propiedades físicas y de la característica permitida de desecación o humedad. El método más práctico y común para el rango usual de tamaños en la reducción de tamaño (Trituración/molienda) es el tamizado.

2.4

MEDIDA POR TAMIZADO Para partículas entre 5 pulgadas y 38 micras (1 micra = 0.001 milímetros), la determinación de su tamaño nominal se realiza normalmente mediante tamizado. Esta operación consiste en pasar el material, de modo sucesivo, por una serie de tamices o cedazos que poseen orificios o mallas progresivamente decrecientes y estandarizadas según Norma. Figura Nº 1.

El material que pasó a través de un tamiz y ha sido retenido sobre otro, porque sus orificios son de tamaño menor que el anterior, suele considerarse como de tamaño igual a la media aritmética de las aberturas de ambos tamices. Este valor representa el tamaño medio o diámetro medio de partícula del intervalo en cuestión. Pesando la cantidad de material retenido en cada malla se determina el porcentaje en peso de cada fracción de tamaño. La serie de tamices más conocida es la de Tyler que tiene como base la malla.200. La relación entre tamices es raíz de dos (√2= 1,4142) y el tamiz de la malla 200 está formado por 200 alambritos de 53 micrones de diámetro y con 200 aberturas de 74 micrones cada una por pulga da lineal. Malla del tamiz se define como el número de aberturas por pulgada lineal Los sistemas de tamices más conocidos son: • • • • •

Sistema Tyler Sistema Americano ASTM Sistema Británico BS-410 Sistema Francés. AFMOR. Sistema Alemán. DIM-4188


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2.5

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DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑO DE UN SISTEMA DE PARTÍCULAS El tamizado en sí implica conceptos de estadística. Un sistema de partículas sólo puede describirse en detalle mediante el uso de distribuciones estadísticas. De estas distribuciones puede obtenerse un tamaño promedio y una estimación de la superficie del sistema. El tamizaje da una función discreta de frecuencias por peso que puede representarse mediante histogramas.

2.6

FUNCIONES DE FRECUENCIA Los distintos métodos de determinación del tamaño de partículas inducen diferentes funciones de frecuencia. Estas pueden ser frecuencia por número, frecuencia por área o bien en el caso del tamizaje, frecuencia por peso.

2.7

PRESENTACIÓN DE INFORMES GRANULOMÉTRICOS La forma corriente de expresar los análisis granulométricos por tamizado se muestra en la tabla 1, donde se especifican las fracciones retenidas por cada uno de los tamices. Tabla 1: Ejemplo informe granulométrico

Estos datos pueden representarse gráficamente por cualquiera de los métodos expuestos en los Gráficos Nº 1 y 2. Las curvas así trazadas se utilizan, sobre todo para mostrar la distribución por tamaño de las partículas de una mezcla. Los diagramas diferenciales que indican fracciones del total retenidas por cada uno de los tamices en función de las aberturas de estos (ver Grafico Nº 1), y los diagramas acumulados, que muestran las fracciones en peso del total que pasan a través de cada tamiz (ver Grafico Nº 2) constituyen la base de comparación de distintas mezclas de partículas de un material y permiten describir sus va naciones con el tiempo o con la calidad de una carga.


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Grafico Nº 1. Representación grafica Distribución de tamaños. Forma diferencial.

Grafico Nº 2. Representación grafica Distribución de tamaños. Forma acumulada.

Los resultados expresados en fracciones (ver Grafico Nº 1) proporcionan curvas distintas cuando aquellos fueron obtenidos con juegos de tamices de diferentes intervalos y por tanto, son específicos para cada serie de tamices. Esta limitación no afecta a los diagramas acumulados (ver Grafico Nº 2), en los cuales el desarrollo de las curvas es independiente de los juegos de tamices. Por otra parte, esta representación es la más acogida en la industria minera para efectos rutinarios de control granulométrico.


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3 3.1

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MOLIENDA GENERALIDADES La molienda es la última etapa en un proceso de reducción de tamaños. En esta etapa las partículas se reducen en tamaño por una combinación de impacto y abrasión vía seca o húmeda. La operación se realiza en recipientes cilíndricos rotatorios llamados molinos de volteo. Estos contienen una carga de medio de molienda que se mueve dentro del molino produciendo la disminución de tamaño de las partículas. El medio de molienda puede estar compuesto de barras de acero, bolas, roca dura o en algunos casos de trozo mismo de mineral. En el proceso de molienda, partículas entre 5 a 20 mm se reducen en tamaño hasta partículas de 10 a 300 micrones. Todos los minerales tienen un mallado o tamaño óptimo de molienda, el cual depende de varios factores que incluyen: la extensión en la cual los elementos valiosos están dispersos con la ganga y el proceso de separación a usar.

3.2

OBJETIVOS DE LA MOLIENDA Y SU IMPORTANCIA La molienda es una operación unitaria que tiene por objeto reducir el tamaño del mineral para liberar las partículas mineralizadas de la ganga o bien dejar las partículas expuestas para la acción de procesos de extracción o ataque químico posteriores.. La separación entre partículas que contienen el mineral (valioso) y el resto del material, ocurre en las etapas siguientes a la molienda que puede ser flotación o lixiviación. La importancia de esta operación queda demostrada por el hecho que gran parte de la energía gastada en el procesamiento de un mineral es ocupada por la molienda. En consecuencia esta parte del proceso es fundamental en el costo del proceso. Cualquier mejoramiento entonces, en la eficiencia de esta operación, se reflejará como una importante economía en el proceso.

3.3

MECANISMO DE MOLIENDA La molienda está influenciada por el tamaño, cantidad, el tipo de movimiento y los espacios entre los elementos de molienda en el molino. En oposición a la trituración, que se efectúa entre superficies relativamente rígidas, la molienda es un proceso al azar y está sujeta a las leyes de probabilidad. El grado de molienda de una partícula de mineral depende de la probabilidad de que esta llegue a una zona en que actúa el medio de molienda y la probabilidad que ocurra algún efecto o evento de molienda.


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Figura N° 2. La molienda se puede efectuar por los siguientes mecanismos.

a) Impacto o Compresión: Aplicada normalmente a la superficie de la partícula. b) Cizallamiento: Debido a las fuerzas oblicuas o de corte. c) Abrasión: Debido a las fuerzas que actúan paralelas a la superficie. Estos mecanismos distorsionan las partículas y cambian su forma mas allá de ciertos limites determinados por su grado de elasticidad, causando el quiebre de ellas. La molienda comúnmente se efectúa vía húmeda, aunque en ciertas aplicaciones se recomienda molienda seca. Cuando el molino se hace rotar, la mezcla del medio de molienda, mineral y agua se consigue en forma íntima y el medio de molienda puede reducir de tamaño las partículas por cualquiera de los métodos anteriores, dependiendo de la velocidad de rotaci6n del molino.

3.4

MOVIMIENTO DE LA CARGA EN UN MOLINO Lo que distingue a este tipo de molinos es el uso del medio de molienda. El medio de molienda esta compuesto por elementos grandes, duros y pesados en relación a las partículas de mineral, pero pequeños en relación al volumen del molino; ya que ocupan poco menos de la mitad del volumen del molino. Debido a la rotación y fricción de la carcasa del molino, el medio de molienda es elevado hasta alcanzar una posición de equilibrio dinámico cayendo sobre la carga, alrededor de una zona muerta, donde ocurre poco movimiento y en una zona donde no hay carga.


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Figura Nº 3. Movimiento de la carga en un molino.

La velocidad de rotación del molino gobierna la naturaleza del producto y la cantidad de desgaste del recubrimiento de la carcasa. Por ejemplo, un conocimiento práctico de la trayectoria seguida por las bolas de acero en un molino determina la velocidad a que debe rotar para que las bolas caigan sobre el pie de la carga y no sobre el recubrimiento; ya que esto provocaría un rápido desgaste de éste. La fuerza impulsora del molino se transmite vía recubrimiento a la carga. A velocidades relativamente bajas, con recubrimientos “lisos”, el medio de molienda tiende a rodar hacia el pie del molino y ocurre disminución de tamaño principalmente por abrasión. Este efecto de “cascada” produce molienda más fina con aumento de la producción de lamas e incremento del desgaste del recubrimiento. A mayores velocidades el medio de molienda cae en un efecto de “catarata” sobre el pie de la carga. Este efecto favorece la reducción de tamaño por impacto, la producción de partículas de tamaño mayor y reduce el desgaste. A la “velocidad crítica (velocidad de centrifugación)” del molino, la trayectoria teórica del medio es tal que caerían fuera de la carga. En la práctica ocurre el fenómeno de centrifugación y el medio de molienda se mueve en una posición esencialmente fija contra la carcasa. El camino o trayectoria que sigue el medio de molienda y las partículas de mineral dentro del molino se puede dividir en dos partes; la elevación es vertical y el descenso es parabólico.


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Figura Nº 4. Camino del medio de Molienda.


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4

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MOLINOS ROTATORIOS DE VOLTEO Molinos de volteo es el nombre genérico de una serie de modelos de molinos para reducción fina que se basan en el mismo principio de molienda. Estos molinos, en general consisten en una carcasa cilíndrica o cónica que rota sobre su eje horizontal y que esta cargada con medios de molienda tales como barras, bolas o rocas del mismo mineral. Los tipos de molinos son: • •

Molinos de barras Molinos de bolas

El molino de bolas difiere del de barras en su relación largo/diámetro (L/D), En general para molino de bolas, su largo no excede del diámetro (L/D ≤ 1), El molino de barras comúnmente es largo comparado con su diámetro (L/D ≥ 1).

4.1

MOLINO DE BARRAS Se pueden considerar como máquinas de trituración fino o molienda gruesa. Son capaces de trabajar con alimentaciones de 50 mm. y entregar productos de hasta 300 micrones. A menudo se prefieren para trituración fino, sobre todo cuando el material tiene alto contenido de arcilla y tienden a taponar al trituración. Su razón L/D típica está entre 1,5 a 2,5. Las barras son un poco más cortas que el largo del molino (2 a 3 pulg.) para que trabajen en buenas condiciones sin formar puentes a lo ancho del cilindro. La longitud máxima del molino es de aproximadamente seis metros, pues para longitudes mayores las barras se deforman (se pandean). Una descarga característica de este equipo, es un producto bastante granular y uniforme en tamaño, minimizando el contenido de finos que en algunos casos es perjudicial. El esquema básico de molienda en un molino de barras se muestra en la siguiente figura:


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Figura Nº 5.

Figura Nº 6

El equipo mostrado en la Figura Nº 6. Es el tipo de molino más usado en la industria minera. En este caso el mineral entra por el centro de un cabezal y sale a través del cabezal del otro extremo. Este tipo de molino solamente se usa en molienda vía húmeda y su principal función es convertir el producto de la planta de trituración en alimentación para los molinos de bolas. La boca de descarga es de 10 a 20 cm más grande que la alimentación. Los molinos de barras inicialmente se cargan con una selección de barras de diferentes 18 Curso Fundamentos de Molienda

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diámetros. La proporción de cada una se calcula para proporcionar una superficie máxima de molienda. Para mantener la distribución se agregan barras nuevas de los diámetros mayores. Los diámetros de las barras van de 25 a 100 mm. Mientras más pequeño sea el diámetro de las barras, mayor será el área de molienda y por lo tanto la eficiencia será también mayor.

4.1.1

LAS BARRAS COMO MEDIOS DE MOLIENDA Generalmente las barras se debieran retirar cuando se gastan hasta 25 mm, o menos, dependiendo de la aplicación; ya que estas barras se tienden a pandear y a quebrarse. La capacidad óptima se obtiene con barras nuevas cuando estas ocupan el 35% del volumen. Cuando el volumen alcanza 20 -~-. 30% (por desgaste) se restituye el valor original agregando barras nuevas y retirando las más desgastadas. Esta proporción significa que con fracción de huecos normal, cerca del 45% del volumen del molino se ocupa. Los molinos de barras giran a velocidades comprendidas en el rango de 50 - 75% de la velocidad crítica, con un efecto de “cascada” más que de “catarata”. Las siguientes ventajas se deben considerar cuando estos molinos se comparan con otros tipos: 1. La acción de molienda controla la distribución de tamaño del producto de tal forma que no es necesario un circuito cerrado. 2. El medio de molienda es de un costo relativamente bajo. 3. Se obtiene eficiencia de molienda alta ya que hay menos espacio vacío en una carga de barras que en cualquier otro medio de molienda. Esto también resulta en consumo más bajo de acero. 4. Las barras se pueden mantener en condiciones de trabajo máximas ya que las barras gastadas se pueden reemplazar fácilmente.

4.2

MOLINO DE BOLAS Las etapas finales de reducción de tamaño se efectúan en molinos de bolas, Estos pueden clasificarse por la naturaleza de la descarga en: • Descarga overflow o rebose, Figura 7a. • Descarga por parrillas, Figura 7b.


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Figura Nº 7: Tipos de Descarga de Molino de Bolas.

El último tipo está provisto de parrilla, a través de la cual la pulpa puede fluir libremente siendo luego elevado al nivel de descarga. Los molinos con parrilla comúnmente trabajan con alimentación más gruesa que los con rebalse y no se usan para molienda muy fina. La principal razón es que con tantas bolas pequeñas formando la carga el área libre de la parrilla se bloquea rápidamente. El molino con descarga por rebose es el que se usa para la mayoría de las aplicaciones, debido a que es más simple de operar, Se usa de preferencia para molienda fina, El consumo de potencia de los molinos con parrilla es de 15% mayor que los con descarga por rebose. Varios factores afectan a la eficiencia de estos molinos. La densidad de la pulpa de alimentación debería ser tan alta como sea posible consistente con un flujo fácil a través del molino. 20 Curso Fundamentos de Molienda

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Es esencial que las bolas estén cubiertas con una capa de mineral. Una pulpa muy diluida incrementa al contacto metal-metal, dando un aumento de consumo de acero y una reducción de la eficiencia. Los molinos de Bolas deberían operar entre 65-80% de concentración de sólidos (en peso), dependiendo del mineral.

4.2.1

LAS BOLAS COMO MEDIO DE MOLIENDA La viscosidad de la pulpa aumenta con la fineza de las partículas, por lo tanto circuitos de molienda fina pueden requerir pulpas de menor densidad. Al igual que con los molinos de barras, la eficiencia depende del área disponible para molienda. Por esta razón se agrega una cierta distribución de tamaño de bolas y las más grandes serán aquellas necesarias para fracturar las partículas más grandes y duras que vienen con la alimentación. Cuando las bolas se gastan dejan el molino junto con el producto y se pueden remover pasando la descarga por una rejilla o tamiz colocado sobre el cajón receptor de pulpa. La carga del medio de molienda ocupa entre el 40-50% del volumen del molino, con cerca del 40% de fracción vacía. Un aumento de la carga de bolas incrementa la energía necesaria, alcanzando un máximo para una carga de alrededor del 50%. Los molinos de bolas comúnmente se operan a velocidades mayores que los molinos de barras, de tal forma que se obtiene primordialmente un efecto de catarata, La velocidad normalmente está comprendida entre el 70 y 80% de la velocidad crítica.

4.3

MOLIENDA AUTOGENA Desde el momento en que por primera vez el hombre golpeo una piedra con su rudimentario martillo, ha luchado por conseguir formas y medios más eficientes para reducir los minerales a un tamaño que permita la separación de los metales contenidos en ellos. En épocas actuales hemos observado la continuación de esta tendencia, tanto en el tamaño cada vez mayor de la maquinaria empleada para la trituración como en la evolución de la tecnología del proceso. El aspecto económico dictamina que un mineral de más baja ley debe ser procesado en tonelajes mayores y con menores costos para mantener la rentabilidad. En el campo de la molienda, la economía en las inversiones iniciales y en los costos operacionales, asociada al hecho de tener menos unidades, pero más grandes, ha llevado a la mayoría de las instalaciones por la ruta de aumentar el tamaño y disminuir la cantidad de molinos. Para ilustrar lo anterior consideraremos los gráficos Nº 3 y 4


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Gráfico N° 3 Costo hp Instalado en Función del Tamaño del Molino.

Gráfico N° 4 Área Pisos Molinos en Función del Tamaño del Molino.

Ellos muestran la reducción tanto en el costo de los molinos como en el espacio requerido, por unidad de potencia, con un aumento en el tamaño del molino. Con la excepción de los avances en el diseño de las celdas de flotación y en el control del proceso, la principal innovación de los últimos años en la concentración de minerales de cobre, ha sido la introducción de circuitos de molienda semiautogena. Entre los precursores de los molinos autógenos actuales podemos nombrar. • Molino cónico (.1908), Figura 8. • Molino Autógeno Hardinge (1943), Figura 9.


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Figura Nº 8: Molino Cónico.

Figura Nº 9 Molino Autógeno Hardinge.

Aunque conocida y practicada desde principios de siglo, durante los últimos 15 años se ha desarrollado en forma vertiginosa. Esta forma de molienda ha llegado como respuesta a necesidad de una mayor productividad para compensar la reducción de las leyes y al aumento de los costos de mantenimiento y operación. El término “Molienda Autógena” tiene diferentes significados para diferentes autores, por esta razón definiremos los términos a emplear. Molienda Autógena: Mineral de la mina o bien mineral triturado se somete a reducción de tamaño en un molino sin agregar ningún medio de molienda. Molienda Semiautogena: En este caso el mismo tipo de material anterior se somete a reducción de tamaño adicionando bolas de acero como medio de molienda, además del material mismo. Molienda de Guijarros: En este caso material previamente triturado se sigue reduciendo de tamaño en un molino usando guijarros como medio de molienda. Los guijarros pueden ser tamaños seleccionados del mismo mineral desde tamices en el circuito de trituración o desde un molino primario autógeno, En las Figura Nº 10, se muestra una instalación típica molino autógeno-molino de guijarros junto al extractor de guijarros necesario para suministrar al medio de molienda a este ultimo equipo. 23 Curso Fundamentos de Molienda

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Figura Nº 10. Molino Autógeno-Molino guijarros.

Los guijarros también pueden ser tamaños seleccionados de otro material o bien fabricados. En general un molino de guijarros reemplaza a un molino de bolas. Comúnmente la molienda autógena o semiautogena se emplea en molienda primaria o para la primera etapa de molienda en cualquier concentrador. Los molinos de guijarros normalmente se usan en molienda secundaria; esto es, usando la descarga de un molino primario como alimentación. Es necesario destacar que tanto molienda autógena húmeda como seca se usan actualmente en la industria metalúrgica.

4.4

MECANISMOS AUTÓGENA

DE

REDUCCIÓN

DE

TAMAÑOS

EN

MOLIENDA

El proceso de reducción de tamaño en una molienda autógena es esencialmente por ABRASION y FRACTURA. La abrasión se produce por efecto del roce de las partículas al rodar, provocando la remoción de granos superficiales. La fractura se produce por efecto de los impactos del material entre si, removiendo trozos de material. Los dos mecanismos de reducción de tamaño se deterioran si se produce un déficit de tamaños “COMPETENTES” en la carga del molino. Una vez que se alcanza un cierto tamaño de guijarros (pebbles), la velocidad de reducción de tamaño disminuirá drásticamente,. Este fenómeno entonces, estará asociado con perdida de eficiencia de molienda, pérdida de capacidad y generación excesiva de finos. Cuando el material tiende a comportarse de esta manera puede mejorarse la capacidad y eficiencia agregando bolas de acero, las que mejoraran las condiciones de impacto dentro del molino. En este caso la potencia, eficiencia y capacidad del molino mejoraran a expensas del consumo de acero del medio de molienda. Esta modalidad de reducción de tamaño es llamada MOLIENDA SEMIAUTOGENA. La molienda semiautógena entrega una distribución de tamaño del producto mas gruesa y además actúa como SCRUBBER (lavador) de los componentes pegajosos (difíciles de tratar en trituradores terciarios y secundarios y en las cribas) retirándolos en el barro. Soluciones alternativas a la molienda semiautógena son: el circuito conocido como ABC 24 Curso Fundamentos de Molienda

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(autógeno – molino de bolas - triturador de cono) y la reducción de tamaño en 2 etapas autógenas (molino autógeno y molino de guijarros). Ambos procesos se usan para aquellos casos en que el material es capaz de reducirse a si mismo en forma eficiente, hasta cierto tamaño. En el primer caso, circuito ABC, las partículas de “tamaño crítico” se remueven del molino autógeno a través de aberturas para guijarros (extractor de guijarros) y se reducen de tamaño hasta un rango bajo el crítico, en un triturador de cono. La trituración producida se retorna al molino autógeno. Si el tamaño de producto es muy grueso para el proceso posterior, la descarga del molino primario (autógeno) se alimenta a un molino secundario para su reducción de tamaño final, normalmente este último es un molino de bolas. En el caso de reducción de tamaño en dos etapas autógena (ver Figura Nº 10), en el molino primario autógeno se recolectan guijarros de tamaño adecuado que son transportados al molino secundario que usará estos guijarros como medio de molienda. En resumen si el material, en una etapa de reducción de tamaño, no alcanza el tamaño necesario para el siguiente paso en el procesamiento del mineral, será preciso dos o más etapas de reducción. Por esta razón, en general se tienen los siguientes circuitos básicos de reducción de tamaño en molienda autógena y/o semiautogena. • Autógena de una etapa FA, Figura 11a. • Autógena + triturador de cono AC, Figura 11b. • Autógena + molino de bolas + triturador ABC, Figura 11c. Figura N° 11a

Figura N° 11b

Figura N° 11c

• •

-Autógena + molino de guijarros AG-MG, Figura 12a. -Autógena + molino de bolas AG-MB, Figura 12b.


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Figura N° 12

4.5

MOLIENDA AUTOGENA VERSUS CONVENCIONAL. La molienda autógena o circuito autógeno viene a reemplazar a los circuitos convencionales consistentes normalmente en triturador primario, almacenamiento, trituración secundaria, almacenamiento, trituración terciaria, molino de barras y molino de bolas, todo esto unido a los sistemas de movimientos de materiales y clasificación. Frente a este tipo de circuito, la molienda autógena presenta las siguientes ventajas: •

Menor costo de capital, por un menor número de etapas en el proceso ya que elimina la trituración secundaria, terciaria y equipo auxiliar. Algunos operadores creen que incluso trituración primaria es innecesaria.

•

Menor costo de operación, principalmente debido al menor consumo de acero. (Particularmente en molinos autógenos).

• Mayor capacidad por superficie ocupada. • Mejor comportamiento operacional frente a minerales barrosos. • Cambio de sistema de transporte independiza la operación de los fenómenos climáticos. 26 Curso Fundamentos de Molienda

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• Mayor rentabilidad de la operación. • Distribución de los equipos más simples. • Gran flexibilidad, lo que hace más fácil la operación y control. • Menor requerimiento de mano de obra. • En algunos casos mejora el proceso de flotación. Entre las principales desventajas podemos destacar: • Menor factor de disponibilidad de la planta. • Mayor consumo de energía. • El circuito debe mantenerse totalmente lleno, para disminuir el consumo de acero. • Requiere bolas y revestimiento de alta calidad. • Mayor dificultad en dimensionar los molinos con seguridad. Hasta 1983 se habían instalado más de 300 molinos autógenos con una potencia instalada de más de 1.100.000 Hp, Mas del 50% de estos se vendieron durante la década de 1970. Cabe destacar que alrededor del 26% de la potencia instalada total esta destinada al procesamiento de minerales de cobre.

4.6

APLICACIÓN DE CIRCUITOS ACUERDO AL MATERIAL

DE

MOLIENDA

AUTOGENA

DE

La textura mineralógica es lo que provee parte de los indicios para seleccionar un material a la molienda autógena o semiautógena. Los minerales bien formados que están débilmente ligados a la matríz, como el caso del cuarzo y magnetita, requerirán solamente para su liberación de una molienda por abrasión, mientras tanto que minerales que están fuertemente ligados a su matríz o aquellos que tienen un alto contenido de arcilla no son apropiados para molienda autógena, pero pueden permitir una molienda del tipo semiautógena. Las que siguen son las aplicaciones típicas de molienda: a) Metales preciosos, uranio o sílica: Para plantas del tipo comerciales el rango de capacidad de los molinos normalmente fluctúa entre las 25 tph 100 tph Generalmente estos minerales son apropiados para una molienda semiautógena debido a que carecen de las cualidades requeridas para evitar problemas de manejo. Comúnmente es necesario también el uso de molinos de bolas como continuación del proceso para obtener el grado de molienda necesario. b) Minerales de Cobre y Molibdeno: Para plantas concentradoras de gran escala, se diseñan circuitos individuales de has 10.000 tpd, lo que requiere molinos semiautogenos en el rango de 5.000 a 12.000 Hp cada uno. Frecuentemente, la molienda semiautógena puede usarse con estos minerales, pero requieren una molienda de repaso a través de molinos de bolas y/o autógenos de menor granulometría. c) Minerales de Hierro: 27 Curso Fundamentos de Molienda

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Ambos sistemas de molienda tanto autógena como semiautógena, pueden emplearse en estos minerales. Usando circuitos de hasta 10.000 tpd, cada circuito requerirá potencias instaladas de 7.000 a 12.000 Hp.


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5

5.1

CIRCUITOS CONVENCIONALES CLASIFICACIÓN

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DE

MOLIENDA

Y

SIMULACIÓN DE CIRCUITOS Para la simulación digital de distintas configuraciones alternativas de procesamiento, es necesario ligar los modelos de molienda y clasificación, a través de un balance de materiales para cada nodo del circuito. Dado que, en general, la alimentación al molino depende de la descarga del hidrociclón y viceversa; el balance debe resolverse en forma iterativa partiendo de una estimación inicial de la carga circulante. A objeto de garantizar la pronta convergencia de las iteraciones al estado estacionario, se recomienda utilizar algoritmos tales como el de Wegstein, o su similar, el de la Secante. Existe una gran variedad de programas computacionales disponibles en el mercado para la simulación de circuitos de molienda/clasificación. A nivel nacional (Chile), el Centro de Investigación Minera y Metalúrgica ha desarrollado un paquete de programas (CIMMULA) que permite simular, comparar, y por lo tanto, evaluar distintas condiciones de operación y diseño del circuito y de este modo, formular juicios acerca de la factibilidad técnica de las diversas alternativas de interés. En otras palabras, optimizar el diseño y operación de circuitos de reducción de tamaño, en general; y de molienda/clasificación, en particular.

5.2

CRITERIOS DE OPTIMIZACIÓN Durante las últimas décadas, como consecuencia de la introducción masiva de hidrociclones en circuitos de molienda/clasificación, se ha venido generando una intensa polémica en relación con las premisas básicas bajo las cuales estos circuitos debieran ser diseñados y bajo qué condiciones debieran ser posteriormente operados a fin de garantizar la máxima eficiencia global del sistema. Existen, por ejemplo, notables discrepancias con respecto al contenido de sólidos en la alimentación de los ciclones. Aquellos que persiguen una buena eficiencia de clasificación plantean la necesidad de mantener dicho flujo de alimentación relativamente diluido (~ 55% sólidos). Por otra parte, aquellos operadores interesados en alcanzar una mayor tasa de tratamiento para su instalación, han detectado la necesidad de disminuir la adición de agua al circuito y por ende, operar con una alimentación a ciclones más espesa (~ 65% sólidos). Del mismo modo, existen también discrepancias con respecto al contenido de sólidos en la descarga de los ciclones. Aquellos que reconocen el cortocircuito de agua a la descarga como la principal fuente de ineficiencia de la clasificación, postulan que el porcentaje de sólidos en la descarga de los ciclones debe ser el más alto posible (normalmente, del orden de 80% sólidos). Ello en contraposición con los que recomiendan mantener dicho flujo más bien diluido (65-70% sólidos) a fin de evitar el “acordonamiento” y posible obstrucción de la descarga. Finalmente, la carga circulante es la variable sobre la cual recae mayor incertidumbre. En general, una alta carga circulante es considerada negativa puesto que, en caso de disminuirla, se podría tal vez alimentar una mayor proporción de material fresco al molino. En otras palabras, reemplazar carga circulante por carga fresca. Sin embargo, frente a ello es lógico argumentar que un alto tonelaje a través del molino permite evacuar rápidamente los finos producidos y evitar así su sobre molienda. Desde este punto de vista, una alta carga circulante sería deseable. En síntesis, no existe uniformidad de criterios respecto a cómo operar un circuito de molienda. En 1952, F.C. Bond, al postular la conocida Tercera Ley o Teoría de la Reducción de Tamaño, 29


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como resultado de una extensa investigación a escala laboratorio, piloto e industrial, fijó pautas específicas respecto al dimensionamiento del o los molinos requeridos para alcanzar un determinado objetivo, en términos de capacidad de tratamiento y fineza del producto molido. Sin pretender desconocer o disminuir tal valioso aporte, cabe sí señalar que Bond no consideró, al menos explícitamente, el importante rol que juega el proceso de clasificación en la eficiencia global de la operación. Específicamente, en el caso de circuitos tradicionales de molienda, como el mostrado en la Figura Nº 13., esta tercera ley no permite dilucidar las diversas discrepancias arriba planteadas. Se requiere entonces de un criterio adicional que, reconociendo el importante rol del agua en el comportamiento del circuito, permite llevar a ésta a sus óptimas condiciones de operación. Figura Nº 13.

5.3

EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LOS CIRCUITOS DE MOLIENDA

5.3.1

INTRODUCCIÓN En términos de ingeniería, en algunas ocasiones se siguen pautas establecidas, técnicamente reconocidas y aceptadas, sin un estudio minucioso del problema. La evolución de los circuitos de molienda, hasta llegar a los actuales, ha sido relativamente rápida durante los últimos 50 años, y ahora posiblemente estamos llegando al final del crecimiento en el tamaño de los molinos y sus equipos auxiliares, como bombas centrífugas e hidrociclones. El trabajo que se presenta a continuación da un repaso histórico a la evolución de los circuitos de molienda, formados por molinos y clasificadores.

5.3.2

LOS PRIMEROS PASOS Los procesos gravimétricos de concentración antecedieron al proceso de flotación, y en consecuencia las necesidades de molienda en cuanto al grado de finura fueron menores. Además, los minerales brutos tratados hace años eran mucho más ricos que los actuales y por ello los tamaños de liberación eran superiores.


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Los minerales después de la etapa de trituración, con tamaños medios en el entorno de los 15 mm eran enriquecidos mediante canaletas en el caso del oro, y solamente los pre concentrados obtenidos de estas primeras etapas gravimétricas se sometían a un grado mayor de reducción de tamaño; a menudo esta molienda se realizaba en lotes, e incluso manualmente.

5.3.3

CIRCUITOS ABIERTOS Al escasear los minerales ricos y nobles fue preciso reducir el tamaño de liberación obtenido en la molienda, la cual se realizaba con molinos de barras en circuito abierto. El producto molido con tamaños medios de 5 mm era enriquecido mediante jigs más evolucionados para el tratamiento de partículas finas, mesas de sacudidas y espirales concentradoras tipo Humphrey, entre otros equipos. A medida que aumentó la dificultad de tratamiento, se hizo necesaria una molienda más fina, con bolas, combinándose ambos tipos de molinos, barras-bolas. La descarga del molino de barras entraba directamente, como alimentación, al molino de bolas y la descarga del molino de bolas era enviada a la etapa siguiente de concentración, bien gravimétrica ó por flotación. Figura Nº 14.

5.3.4

CIRCUITOS CERRADOS, CLASIFICADORES MECÁNICOS Los procesos de flotación son mucho más sensibles a la dispersión del tamaño de partícula, tanto desde el punto de vista mecánico como metalúrgico, por lo que a medida que se extendió esta vía de concentración se hizo imprescindible el control del tamaño de molienda, dando lugar al nacimiento de los circuitos cerrados, con la inclusión de un clasificador que “fiscalizaba” el tamaño que finalmente debía enviarse a la etapa de concentración.


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Figura Nº 15

La necesidad de controlar el tamaño de las partículas enviadas desde la molienda hasta la etapa de concentración, obligó a introducir un clasificador entre ambas etapas, de modo que este clasificaba el producto entregado por la molienda, produciendo una fracción fina del tamaño requerido, y una fracción gruesa que retornaba a la cabeza del circuito de molienda cerrando así el circuito. El clasificador más empleado en los comienzos fue el de rastrillo, del que todavía existen algunos ejemplares en operación en Sudamérica. El mantenimiento de estos equipos debido a su complejo mecanismo en base a platos excéntricos, bielas y tirantes para transformar un movimiento rotativo en uno lineal alternativo era muy elevado, y por ello fueron sustituidos por los clasificadores de espiral, helicoidales, de tornillo, o de gusano, que por todos estos nombres se les conoce. Posiblemente el nombre más adecuado sería tornillo de Arquímedes, pues al parecer este científico, sabio y filósofo griego, fue su creador. Tanto en uno como en otro tipo, el principio operativo es la sedimentación de las partículas sólidas en el seno de un líquido por la acción de la gravedad, variando únicamente el dispositivo de extracción del material sedimentado. La descarga del molino de bolas se introducía en el clasificador aportando además el caudal mínimo de agua necesario para facilitar el movimiento de la pulpa dentro del mismo, al mismo tiempo que al diluir se facilitaba la sedimentación en la vasija del clasificador, que llamaremos "mecánico” para diferenciarlo de los hidrociclones de los que se hablará posteriormente. En los circuitos barras-bolas, la descarga del molino de barras entraba directamente al molino de bolas; por lo cual este tipo de circuito recibe el nombre de circuito directo; juntándose con la fracción gruesa obtenida del clasificador, formando lo que conocemos como alimentación compuesta. A veces la descarga, fracción gruesa, del clasificador era conducida a un tercer molino, cuya descarga podía ser enviada directamente a la etapa de concentración, quedando así en circuito abierto, o bien era reciclada al clasificador, formando así un segundo circuito cerrado con el mismo clasificador. 32 Curso Fundamentos de Molienda

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Excepcionalmente el tercer molino trabajaba en circuito cerrado con un segundo clasificador, tratando de evitar al máximo la sobre molienda, muy negativa en la molienda de minerales blandos como el plomo, estaño, wolframio, etc. Normalmente la concentración de sólidos en las pulpas de descarga de los molinos oscila entre el 60% y 80% en peso, por lo que considerando repartos de masa normales en el clasificador se obtenían flujos de rebose con concentraciones del orden de 40-50%. Los equipos de flotación operaban generalmente en rangos de concentraciones del 25% al 40%, por lo cual se añadía agua de dilución en el rebose del clasificador, previamente a su entrada a la flotación para ajustar a la concentración requerida.

5.3.5

PLANTAS DE MEDIO Y GRAN TONELAJE Después de la segunda guerra mundial, la expansión industrial en la década de los 50, provoca un aumento de la demanda de los metales primarios como el hierro, cobre, plomo y zinc que trae como consecuencia el aumento de capacidad de las plantas de tratamiento y consiguientemente de sus circuitos de molienda. Este aumento se obtenía aumentando el número de secciones o líneas de molienda, todas ellas constituidas por circuitos barras-bolas con molinos de relativamente pequeño tamaño, entre 2,0 m y 2,5 m de diámetro. Se llegaron a construir plantas con hasta 12 o 15 líneas; un ejemplo todavía vigente podría ser el concentrador Sewell de la División El Teniente de Codelco en Chile. Las elevadas inversiones en infraestructura y el enorme espacio necesario para albergar tantas líneas, obligaron a aumentar el tamaño de los molinos reduciendo así el número de secciones, y con ello el volumen de los edificios. El tamaño de los molinos creció hasta alcanzar el límite físico de los molinos de barras impuesto por la longitud máxima de las barras, sin que éstas pierdan su rectitud. Las dimensiones límite pueden establecerse en unos 6 m de longitud y unos 4 m de diámetro, con potencias del orden de 1.500 kW. A menudo la descarga del molino de barras se dividía en dos para trabajar en conjunto con dos molinos de bolas independientes, cada uno de ellos en circuito cerrado con su clasificador. En ocasiones, un molino de barras alimentaba a tres molinos de bolas, un ejemplo podría ser el concentrador de la División Andina de Codelco en Chile, o el concentrador Toquepala, de Southern en Perú.

5.3.6

HIDROCICLONES Los clasificadores mecánicos empleados eran instalados en sentido contrario al molino de bolas, de modo que la descarga gruesa de estos era introducida en el molino de bolas, cumpliendo el clasificador dos funciones, la supuesta de clasificar y la añadida de transportar la fracción gruesa hasta la boca del molino de bolas. A medida que aumentaba el tamaño del molino lo hacía el tamaño de los clasificadores, el espacio requerido por éstos, su complejidad mecánica, su peso y consiguientemente su costo. Además dadas las longitudes y diámetros de los molinos de bolas de gran tamaño, era imposible, dada la inclinación ascendente limitada de los clasificadores, alcanzar la boca del molino, precisándose un bombeo adicional para conducir la fracción gruesa del clasificador al molino. Todas estas razones provocan el advenimiento del hidrociclón como clasificador “convencional”, dando fin al reinado de los clasificadores mecánicos.


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Figura Nº 16.

La ausencia de limitación en el tamaño del molino de bolas nos lleva hasta tamaños de 6 m de diámetro y longitudes de 9 m, con accionamientos del orden de 5.000 kW de potencia. Una vez alcanzado este nuevo límite, surgen de nuevo las plantas de molienda con varias líneas formadas con circuitos barras-bolas, en directo, es decir con la descarga del barras entrando directamente al molino o molinos de bolas; un ejemplo podría ser el concentrador de la División Chuquicamata, de Codelco Chile. Los molinos de bolas no se ven afectados por la limitación de tamaño y por esta razón empiezan a surgir circuitos constituidos exclusivamente por molinos de bolas. Figura Nº 17

Estos circuitos, basados únicamente en molinos de bolas requieren una alimentación más fina, con tamaños máximos preferentemente en el entorno de 6 a 9 mm, lo cual provoca, como consecuencia, un desarrollo paralelo en los circuitos de trituración. Hasta ese momento los circuitos de trituración clásicos estaban formados por un triturador primario de mandíbulas, en circuito abierto y un triturador secundario de cono "estándar”, bien en circuito abierto o cerrado con una criba de clasificación. La necesidad obliga a instalar una tercera e inclusive una cuarta etapa de trituración, en circuito cerrado con cribas. El tipo de triturador de cono empleado es el comúnmente conocido como de 34 Curso Fundamentos de Molienda

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“cabeza corta” debido al mayor ángulo de su “nuez” o cabeza de trituración, que le confiere una menor altura frente a las cabezas convencionales o “estándar”. Se empieza a generalizar el empleo como primario, del triturador giratorio que por su mayor factor de reducción permitía simplificar las etapas de trituración posteriores. Así mismo la capacidad de tratamiento de estos trituradores pasaba a ser de miles de toneladas a la hora en vez de cientos de toneladas como era el caso del triturador de mandíbula, que habían alcanzado su tamaño límite de 2,0 m x 1,6 m de boca; en el tiempo estaríamos situados en la década de los 70. Como consecuencia de los avances en la trituración, la alimentación a los molinos de barras es más fina de lo usual, y por ello igualmente la descarga de los mismos conteniendo un importante porcentaje de partículas inferiores al tamaño final deseado. Estas partículas finas una vez que entran al molino de bolas son sobre molidas dando lugar a una producción elevada de partículas ultra finas difíciles de recuperar en la flotación y que además causan problemas de filtración en los concentrados finales, y de sedimentación en los estériles. Surge así el circuito inverso, llamado así simplemente para distinguirlo del directo. La descarga del molino de barras es conducida junto con la descarga del bolas al clasificador, y la fracción gruesa del clasificador es en este caso la alimentación al molino de bolas obteniéndose así un circuito cerrado para ambos molinos. Figura Nº 18.

Este tipo de circuitos permite disminuir considerablemente la carga de alimentación al molino de bolas, amén de las ventajas antes mencionadas de reducción del efecto de sobre molienda, y esto en general puede traducirse en un aumento de la capacidad de tratamiento del circuito. Al estar formados estos circuitos por molinos de barras y tener estos un tamaño límite, las capacidades no son muy elevadas y en general la etapa de clasificación está constituida bien con uno o dos hidrociclones de 650 mm de diámetro, o con tres o cuatro de 500 mm, dependiendo del tamaño final deseado, p80 que suele ser del orden de 150/300 micrones. En raras ocasiones la clasificación se realiza con ciclones más pequeños y lógicamente en mayor número, a excepción claro está de los circuitos de remolienda, donde se emplean generalmente ciclones de 150 mm a 375 mm de diámetro, dado el tamaño de partícula deseado que suele ser de 38/53 micrones.


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5.3.7

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HIDROCICLONES DE FONDO PLANO A mediados de los 80 como consecuencia de la crisis petrolífera, cae el precio de los metales y los productores se ven forzados a reducir sus costos de operación. El aumento de la capacidad de molienda de las plantas procesando minerales de alta ley resulta rentable, ya que la pérdida de recuperación al moler más grueso se ve compensada con el aumento de capacidad, es decir en definitiva se produce más metal. Elevando el tamaño de molienda, se aumenta su capacidad con mínimas inversiones en la molienda, siendo tan sólo necesario aumentar el volumen de flotación, lo cual representaba una inversión reducida frente a las inversiones que se requerirían en la molienda. Para moler más grueso resulta imprescindible elevar el tamaño de corte en los hidrociclones, lo cual se consigue simplemente aumentando la concentración de sólidos en su alimentación, mediante el aumento de tonelaje y la reducción simultánea de agua. Esto también permite reducir el caudal de pulpa entrando a flotación con lo cual las ampliaciones en celdas son también menores. En definitiva se llega a una situación extraña donde hidrociclones de un cierto tamaño, por ejemplo 500 mm, operando en condiciones desfavorables alcanzan el corte que darían hidrociclones de tamaño superior, por ejemplo de 650 mm de diámetro, pues es de todos conocido que el corte de un hidrociclón, aumenta exponencialmente con el aumento de la concentración de sólidos. En esta misma línea, se aumentan los diámetros de las toberas de rebose y se baja la presión de operación, buscando por cualquier medio elevar el tamaño de corte, todo es válido. En estas condiciones la eficiencia de clasificación disminuye, pero sin apenas inversión se ha alcanzado el objetivo, aumentar el tamaño de molienda y consiguientemente la capacidad. Aparece en escena el hidrociclón de fondo plano, de diseño diferente, totalmente cilíndrico y acabado en un fondo prácticamente horizontal. Esta configuración, desarrollada por el profesor Helmut Trawinski para ampliar el rango de tamaños de corte de los hidrociclones, permite alcanzar con un determinado hidrociclón cortes que se obtendrían con ciclones de diámetro superior. En resumen este diseño permite que un ciclón, por ejemplo, de 500 mm realice el corte de un ciclón de 650 mm o mayor, pero lo que es importante de modo natural, sin necesidad de forzar los parámetros operativos, es decir operando con una alta eficiencia. Figura Nº 19a


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Figura Nº 19b

En varios circuitos de molienda, ciclones convencionales cónicos de 500 mm y de 650 mm son remplazados por hidrociclones de fondo plano de 400 mm y 500 mm, que al operar con una mayor eficiencia permiten bien recuperar el tamaño de corte perdido sin perder capacidad de molienda, o bien aumentar la capacidad de molienda, manteniendo el tamaño de corte. Cambios de posición en los hidrociclones, tratando de llevarlos cerca de la posición horizontal, tienen también lugar, como resultado de la búsqueda de tamaños de corte mayores o aumentos de capacidad. Por supuesto también hubiera sido posible reemplazar los ciclones con otros de mayor tamaño, como se hizo en varias plantas, pero esto eliminaría una de las ventajas operativas de los hidrociclones, la flexibilidad. Como siempre hay gustos para todo, y hay operadores que prefieren circuitos con el menor número de ciclones, y yendo al límite un solo hidrociclón por cada sección de molienda, lo que es posible en plantas de medio tonelaje. Otros operadores prefieren disponer de al menos cuatro ciclones para variando el número de unidades en operación, ajustarse a las variaciones de tratamiento, causadas por diferencias en la dureza y granulometría del mineral. En secciones de bajo tonelaje, donde por razones de capacidad sólo se puede instalar un hidrociclón, lógicamente de tamaño inferior al que sería conveniente para alcanzar un corte grueso, la aplicación del hidrociclón de fondo plano resulta determinante, siendo posible operar con hidrociclones de diámetros inferiores a 375 mm pero con tamaños de corte equivalentes a los que se obtendrían con ciclones de diámetro superior, 500 mm o mayores. Obviamente las plantas de nueva construcción ya son diseñadas con hidrociclones de mayor tamaño, de acuerdo a las necesidades de molienda establecidas, surgiendo el hidrociclón de 650 mm e incluso superior como el tamaño estándar en las plantas de cobre de última instalación, especialmente en las plantas de molienda autógena y semiautógena. Afortunadamente para los ingenieros de proceso la naturaleza es variada y los minerales cambian no sólo en base a su localización horizontal, sino también a su situación vertical, lo que significa que el tamaño de liberación cambia de un continente a otro y en un mismo yacimiento en base a su profundidad. Mientras que en el continente americano los tamaños de molienda suelen ser del orden de 37 Curso Fundamentos de Molienda

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200/300 micrones en el viejo continente, Europa, suelen ser la décima parte 20/30 micrones, y lógicamente esto obliga a emplear ciclones de pequeño diámetro, inferiores a 250 mm. Figura Nº 20.

Los sulfuros complejos con contenidos económicos; es un decir; de mineral de cobre, plomo, zinc, plata y oro, requieren un tamaño de liberación en el entorno de las 10/20 micrones, lo que obliga a realizar complejos circuitos de molienda, con varias etapas de molinos e hidrociclones. Los circuitos de flotación son también complejos, requiriéndose una flotación diferencial donde se va flotando el cobre, el plomo, el zinc y la pirita sucesivamente. En este panorama, la clasificación en la molienda juega un papel importantísimo tratando de obtener un producto suficientemente fino para poder separar las especies en la flotación diferencial, pero produciendo el menor número de ultra finos que por falta de selectividad se perderían y complicarían además las etapas finales de sedimentación y filtración.

5.3.8

LA MOLIENDA AUTÓGENA Y SEMIAUTÓGENA A principios de los años 80 aparece en escena la molienda semiautógena, SAG, y la autógena, AG, buscando principalmente reducir los costos operativos al reducirse o eliminarse el consumo de los medios de molienda, e igualmente la potencia absorbida por los molinos. La trituración queda reducida a una sola etapa, en general con un triturador primario de cono con admisión de hasta 1.500 mm, que entrega a la molienda un producto < 200 mm. Una vez solventados los problemas mecánicos y operativos de estos nuevos molinos, como la estabilidad de operación y la rotura de blindajes entre otros problemas, da comienzo de nuevo una escalada en los tamaños de molinos que no ha parado hasta la fecha, habiéndose alcanzado diámetros de hasta 12 m. El desarrollo de la molienda autógena ha sido menos impetuoso, debido quizás al requerir estos molinos características específicas del mineral a moler, que limitan su aplicación. Mientras que los molinos SAG pueden operar prácticamente con cualquier tipo de mineral al contar con una cierta carga de bolas y trabajan en circuito con un molino secundario de bolas, la molienda autógena total opera con dos molinos autógenos, un primario de terrones, “lumps”, y un secundario de guijarros, “pebbles”, y está condicionada por la molturabilidad del mineral.


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Figura Nº 21.

Ambos tipos de molienda producen una fracción llamada “crítica” que debe ser triturada en un molino de cono para evitar la sobrecarga del molino primario que de otro modo provocaría la recirculación de este tamaño crítico. En general este tamaño crítico, es mucho más crítico, valga la redundancia, en la molienda autógena por lo que la etapa de trituración es prácticamente imprescindible. En la molienda SAG, a menudo estos tamaños críticos pueden ser tolerados por el molino secundario. En cualquier caso la descarga de los molinos AG o SAG debe ser clasificada en dos o tres fracciones, mediante cribas vibrantes que suelen ser dotadas de vibración lineal y de disposición horizontal, tratando de reducir la altura de la instalación, ya que el molino descarga directamente sobre la criba y la fracción fina con el agua de molienda debe ser recogida con un grupo de bombeo instalado debajo de la criba, lo cual obliga a costosas obras civiles. En ocasiones, para reducir la altura de las fundaciones, la descarga del molino SAG o AG es bombeada directamente hasta la criba de clasificación, colocándose ésta sobre la boca de alimentación del molino, reduciendo así la altura de las fundaciones. No es tarea sencilla, la elección de la criba, ya que por un lado debe clasificar a un tamaño relativamente fino, entre 3 mm y 12 mm y por otro recibe tonelajes de importancia. Además la superficie de cribado debe ser lo más resistente posible a la abrasión para maximizar la disponibilidad de este equipo, lo que obliga al empleo de elastómeros, con menor superficie libre de paso que las mallas de acero. Es un trabajo duro, con frecuencia no muy valorado al momento del diseño, y que ha sido causa de algunos problemas, disminuyendo la disponibilidad del circuito de molienda por un equipo que puede ser considerado como una inversión menor. La fracción fina obtenida en la criba, junto con la descarga del molino de bolas secundario en el caso de una molienda SAG o del molino de guijarros “pebbles” en el caso de molienda AG debe ser clasificada para cerrar el circuito.


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Figura Nº 22.

Esta clasificación se realiza con hidrociclones de gran diámetro que dados los grandes tonelajes de tratamiento de este tipo de circuitos, deben montarse en gran número dando lugar a enormes baterías o grupos de hidrociclonado. El tamaño máximo de partícula que reciben estos ciclones llega en ocasiones hasta 12 mm, por lo que para evitar obstrucciones en las toberas de alimentación estas deben tener una gran sección de paso, y consiguientemente para asegurar un corte fino deben ser combinadas con toberas de rebose de pequeñas dimensiones. Además, dado el tamaño de partículas, los materiales a emplear en la construcción deben resistir no sólo la abrasión sino los cortes e impactos creados por las partículas gruesas. Los hidrociclones comúnmente empleados tienen diámetros de 625 mm o mayores, aunque en ocasiones dependiendo del tamaño de corte pueden ser de 500 mm. Últimamente se están utilizando ciclones de mayor diámetro y elevada capacidad, buscando reducir el número de unidades en operación.

5.3.9

LA MOLIENDA EN LA ACTUALIDAD. Los proyectos mineros realizados en la última década, están en su mayoría basados en molienda autógena o semiautógena, siendo esta última la que mayores capacidades unitarias de tratamiento ha alcanzado. Los monstruosos molinos SAG de 12 m de diámetro y más de 20 MW de potencia, permiten alcanzar capacidades del orden de 2.000 t/h, valores bastante lejanos de las 10 t/h que se obtenían con los molinos de 2 m de diámetro y 200 kW.


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Figura Nº 23

Estos molinos “gigantes” tanto autógenos y semiautógenos como de bolas presentan grandes problemas de diseño, no sólo en lo que respecta a su estructura mecánica sino también al modo de aplicar la enorme potencia requerida para su accionamiento. Las últimas generaciones de molinos, diseñados con la ayuda de potentes ordenadores y programas basados en cálculo por elementos finitos, presentan notables diferencias con sus predecesores los molinos simplemente “grandes”. El motor eléctrico está construido sobre la propia virola del molino, actuando éste como rotor, eliminando de este modo los costosos y complicados sistemas de accionamiento tradicionales: reductor, embrague y conjunto piñón-corona. Una última tendencia es reemplazar los cojinetes tradicionales en los cuellos de entrada y salida del molino por apoyos directos flotantes sobre la virola de modo similar a la solución adoptada para el motor eléctrico; de este modo se eliminan las restricciones de paso en los cuellos del molino, y pueden soportarse mejor las elevadísimas cargas generadas por estos enormes molinos. Estos nuevos desarrollos que surgieron en Europa hace casi 20 años, son la base actual del movimiento hacia el gigantismo, pero no hay que olvidar que algunos de estos “supermolinos” siguen teniendo serios problemas mecánicos que han causado difíciles situaciones económicas, tanto para los constructores de los molinos como para sus usuarios. En los circuitos con molinos gigantes, se manipulan pulpas, con caudales del orden de 6.000 m3/h, que deben ser bombeadas a las baterías de hidrociclones. Se han desarrollado bombas centrifugas de pulpas, también gigantescas, de más de 500 mm de diámetro de aspiración, accionadas por motores de más de 1.000 kW.


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6.

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CIRCUITOS DE MOLIENDA El tipo de molino para una molienda particular y el circuito en que debe estar deben considerarse simultáneamente. Los circuitos se dividen en cerrados y abiertos. En la industria minera casi siempre se usa circuito cerrado (molino de bolas) en el cual el material del tamaño requerido se remueve en un clasificador, retornando los tamaños mayores al molino. Figura Nº 24 a. circuito cerrado, Nº 24 b. circuito abierto

En operaciones en circuito cerrado no se requiere efectuar toda la reducción de tamaño en un paso. En vez de esto, los esfuerzos van encaminados a retirar el material desde el circuito tan pronto alcance el tamaño deseado, aumentando así la capacidad. El material retornado al molino se denomina “carga circulante” y su peso se expresa como un porcentaje de la alimentación fresca (o bien del producto). El circuito cerrado reduce el tiempo de residencia de las partículas en cada paso, eliminando el exceso de molienda e incrementando la energía disponible para molienda útil. 42 Curso Fundamentos de Molienda

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Debido a la gran cantidad de material de tamaño cercano al tamaño del producto que se retorna al molino, hay una reducción del tamaño medio de la alimentación, lo cual permite el uso de bolas más pequeñas aumentando la eficiencia de la molienda. La carga circulante óptima, para un circuito en particular, depende de la capacidad del clasificador y del costo de transporte de la carga circulante hasta el molino. Comúnmente está en el rango de 100 a 350%, aunque puede llegar hasta el 600%. Los molinos de barras generalmente se usan en circuito abierto, debido a su acción de molienda, especialmente cuando preparan la alimentación a los molinos de bolas. Los molinos de bolas virtualmente siempre se usan en circuito cerrado con algún tipo de clasificador.

6.1

CONTROL DEL CIRCUITO DE MOLIENDA El propósito de la molienda es reducir el tamaño de las partículas de mineral hasta que se pueda conseguir una liberación económica del material valioso. Entonces es esencial que el molino genere un producto de tamaño conocido y controlable para una cierta capacidad de tratamiento. Las principales variables que pueden afectar este control son los cambios en la velocidad de alimentación, distribución de tamaños y dureza de la alimentación, alimentación de agua y las interrupciones en la operación del circuito, tales como paradas para cambios de revestimientos del molino, bombas o ciclones, etc. El control de la velocidad de alimentación es esencial para una operación suave, de tal forma que se hace necesario el uso de alimentadores especiales de peso constante. El control de la carga del medio de molienda se efectúa controlando la potencia consumida por el molino. Las fluctuaciones en el tamaño de la alimentación y la dureza probablemente son los factores más significativos que provocan problemas con el balance del circuito de molienda. Estas fluctuaciones pueden provenir de: diferencias en composición, mineralización, tamaños de partículas y cristalización del mineral que viene de diferentes partes de la mina; de cambios en la abertura del o los trituradores (a menudo debido al desgaste) y del daño de las cribas en el circuito de trituración. El almacenamiento del material tiende a suavizar las variaciones. El incremento en el tamaño de la alimentación o dureza genera un producto de mayor tamaño a menos que la alimentación sea automáticamente reducida. Inversamente, una disminución de tamaño o dureza permitirá un incremento de la alimentación. Un producto más grueso resulta en una mayor carga circulante, incrementado el flujo volumétrico y reduciendo el tiempo de residencia de las partículas, en el molino. Esto causa un mayor incremento en el tamaño del producto y en el flujo volumétrico. Como el tamaño del producto que entrega un “hidrociclón” depende o se ve afectado por el flujo, la distribución de tamaño cambiará. Luego, el control de la carga circulante es bastante importante en el control del tamaño del producto. En muchas operaciones, un análisis continuo sobre la corriente (on-stream) se usa en el rebalse del clasificador para controlar la operación de molienda, mientras que en plantas más antiguas la densidad de la pulpa del rebalse ha sido usada como guía para el tamaño del producto. Mediciones de la carga circulante se pueden efectuar por muestras rutinarias de varias corrientes.

6.2

CÁLCULOS OPERACIONALES El control de la operación de una planta de molienda es un problema de imponderables: desde el momento que el material bruto es alimentado al molino, el proceso es continuo y solo cesa esta 43


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continuidad cuando el producto finalmente emerge para descansar en las bodegas de concentrado y en los tranques de relaves para el caso de las concentradoras. El material en proceso no puede ser pesado sin interrumpir tal continuidad; consecuentemente, el control de la planta depende mucho del “muestreo” adecuado del material que se halla en flujo. De estas muestras se deriva información esencial por medio del análisis en cuanto al contenido de metal, distribución del tamaño de partículas y contenido de agua u otros ingredientes en la pulpa del mineral. Con tal información a mano, se calcula la efectividad del trabajo que se efectúa mediante al uso de fórmulas y tabulaciones. Algunas de éstas se presentan a continuación.

6.3

PORCENTAJE DE SÓLIDOS El porcentaje de sólidos es el peso del mineral seco molido contenido en 100 unidades de pulpa. Por ejemplo 40% de sólidos significa que en 100 kg de pulpa hay 40 kg de mineral seco propiamente tal y los 60 kg restantes corresponden a agua, El porcentaje de sólidos de una pulpa, se obtiene directamente de las tablas de sólidos pero a falta de ellas, se puede deducir el sólido de la fórmula siguiente:

S=

PS (Pp − 1) PP (PS − 1)

*100

Siendo: S = porcentaje de sólidos PS = peso específico del sólido PP = peso específico de la pulpa Ejemplo: Determinar el porcentaje de sólidos de la pulpa, cuyo peso especifico es, en el momento del muestreo, de 1,643, Siendo el peso especifico del sólido seco de 3,1.

S= 6.4

3,1(1,643 − 1) * 100 = 57 ,8 % 1,643 (3,1 − 1)

PESO ESPECÍFICO El peso específico, aplicable a sólidos o mezclas de líquidos con sólidos (pulpa), se define como la razón que existe entre el peso del sólido o la mezcla y el peso del mismo volumen de agua. Ahora, para determinar el peso específico se calcula la razón existente entre el peso y el volumen de la pulpa por medio de la fórmula:

Pe = P / V Pe = Peso especifico P = Peso de la pulpa V= Volumen de la pulpa Ejemplo: Si llenamos un depósito de 1000 cc, de capacidad con pulpa que pesa 1,643gr, el peso específico de la pulpa sería:

Pe = P /V = 1,643/1000= 1,643 44 Curso Fundamentos de Molienda

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6.5

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BALANZA MARCY Este equipo es el más ampliamente usado en el control de circuitos de molienda en la pequeña industria. Es análogo a una pesa tipo percha, en cuyo gancho cuelga un recipiente cilíndrico dotado con un rebalse para mantener un volumen de pulpa de 1000 cc, (1 Lt). La lectura se realiza en el visor donde una aguja registra el valor medido, sobre una escala circular, La escala principal (superior) corresponde al peso específico de la pulpa (gramos). Las escalas siguientes corresponden a porcentajes de sólidos, que difieren (entre escalas) básicamente en el peso específico o gravedad especifica del sólido. En la Figura Nº 25, se muestran las escalas circulares aludidas anteriormente. Figura Nº 25

6.6

CÁLCULO DE LA CARGA CIRCULANTE EN UN CIRCUITO Un clasificador a menudo recibe su alimentación de un molino de bolas, y produce material terminado que se rebalsa a la próxima operación y arena que regresa al molino para una reducción adicional de tamaño. El término “carga circulante” se define como el tonelaje de arena que regresa al molino de bolas y la “proporción” de carga circulante es la proporción de 45


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carga circulante al tonelaje de alimentación original al molino de bolas. Puesto que la alimentación al clasificador, el rebose del clasificador y la arena generalmente están asociados con diferentes proporciones de agua a sólidos, el cálculo de la proporción de carga circulante puede basarse en una fórmula de porcentaje de sólidos. La Figura Nº 25 adjunto representa la disposición usual clasificador - molino, en la que tenemos:

Figura Nº 25

F = tonelaje de mineral al molino. O = tonelaje de mineral en el rebalse. S = tonelaje de arena. M = tonelaje de mineral en la descarga del molino. Ds, Do y Dm = son los porcentajes de sólidos en la arena, rebose y alimentación al clasificador (* = denota puntos de muestreo) Combinando los parámetros operacionales en un estado estacionario, resulta: Razón de carga circulante =

Ds (Dm − Do ) Do (Ds − Dm )

Tonelaje carga circulante = F *

Ds (Dm − Do ) Do (Ds − Dm )

Ejemplo: Un molino en circuito cerrado con un clasificador recibe 300 toneladas secas de mineral fresco al día y los porcentajes de sólidos son 25, 50 y 84% en el rebalse, alimentación y arenas del clasificador, respectivamente. 46 Curso Fundamentos de Molienda

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La razón de carga circulante será según la formula deducida:

cc =

Ds (Dm − Do ) 84(50 − 25) = = 2,47 ≈ ( 247%) Do (Ds − Dm ) 25(84 − 50 )

Y el tonelaje circulante es:

Tc = 2,47 * 300 = 741 ton/día Una base más exacta para calcular el tonelaje en un circuito de molienda es el análisis de tamizaje.

6.7

ASPECTOS DE CONSTRUCCION. Las partes principales en un molino se observan en la Figura Nº 26 Figura N° 26

• Virola: La virola está diseñada de tal forma que pueda soportar los impactos y la carga. Se construyen de planchas que se cilindran soldando los extremos. La plancha es perforada para permitir la sujeción del revestimiento (interno). Normalmente disponen de 1 a 2 “manholes”. Para los cabezales se sueldan flanges de acero el extremo del cilindro. • Testeros del Molino: Los cabezales pueden ser de fierro fundido para diámetros menores de 1 metro. Diámetros mayores exigen la construcción de acero fundido, el cual es relativamente liviano y puede ser soldado. Pueden ir soldados a la carcasa (sin flanges) o bien unidos a través de flanges. • Impulsión: La impulsión se transmite por un piñón o un anillo con engranaje unido a un extremo de la máquina. El piñón va directamente unido al motor. 47 Curso Fundamentos de Molienda

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• Revestimiento: Las caras internas del molino consisten en recubrimientos reemplazables los cuales pueden soportar los impactos, ser resistentes al desgaste y promover un movimiento más favorable de la carga. Los recubrimientos pueden tener una gran variedad de formas.

Figura Nº 27

• Los recubrimientos para molinos de bolas pueden ser hechos de hierro fundido aleado con níquel, otros materiales resistentes al desgaste o gomas. Para molinos de barras son generalmente de acero al manganeso o acero al cromo, en forma de onda. El costo de recubrimiento es uno de los costos grandes en la operación del molino, de aquí que se deba hacer una muy buena elección para que tenga el máximo de vida útil. • Alimentación: El tipo de alimentador dependerá de si la molienda se hace en circuito cerrado o abierto y si esta se efectúa vía seca o vía húmeda. El tamaño y el flujo de alimentación son importantes. Para molienda vía húmeda existen tres tipos de alimentador:

(l)

Spout Feeder: Consiste de una tolva cilíndrica o elíptica, soportada 48


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Independientemente del molino y proyectada hacia el interior de este a través del cabezal de alimentación. El material se alimenta por gravedad a través de la canal y se usa para molinos que operan en circuito abierto o en circuito cerrado.

6.8

(2)

Tambor: Los tambores de alimentación se pueden usar en vez de un spout Feeder cuando se tiene limitaciones de altura. Toda la alimentación se carga al tambor y una espiral lleva el material hacia el interior del molino.

(3)

Tambor – cuchara: Combinación tambor cuchara se usan generalmente para molienda húmeda en circuito cerrado con un clasificador de rastrillo. El material se alimenta directamente al tambor, mientras que la cuchara toma las arenas clasificadas para realimentarlas al molino.

ASPECTOS PRÁCTICOS Debe ponerse especial atención en la operación de molienda, debido a la importancia que ella tiene en la eficiencia y operación de la etapa siguiente. Es por esto que un déficit de molienda del mineral resultará en un producto demasiado grande con un grado de liberación demasiado bajo para una separación económica. En la etapa de lixiviación se obtendrá por lo tanto una recuperación y razón de enriquecimiento baja. Por otra parte un exceso de molienda innecesariamente reducirá el tamaño de partícula de la ganga y reducirá el tamaño del mineral valioso hasta bajo el tamaño requerido para una separación eficiente con un consumo “inútil” de energía en exceso. La influencia y el control de las variables más importantes se expusieron en el punto 6,6. Las variables más usuales de manipular por el operador son, el régimen de carga fresca al molino y el porcentaje de sólidos. A fin de prevenir anomalías en la operación por fallos en el sistema mecánico de los molinos, el operador debe poner especial atención en detectar sobrecalentamiento de los descansos, filtraciones a través de la coraza, pernos sueltos, sobrecargas, nivel de medios de molienda, operación bombas, etc.


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7 7.1

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CLASIFICACION CON HIDROCICLONES GENERALIDADES El hidrociclón corresponde a la categoría de separador hidráulico que utiliza la “fuerza centrifuga” como base de la separación. Las aplicaciones actualmente conocidas de este separador; clasificación de partículas sólidas por tamaño, concentración gravitacional, etc. no tuvieron un desarrollo notable sino hasta alrededor de 1940. Desde esta fecha en adelante, la aceptación por la industria y el esfuerzo por comprender y predecir su funcionamiento, han ido en constante crecimiento.

7.2

DESCRIPCIÓN Y OPERACIÓN El hidrociclón se puede definir como un dispositivo que permite la clasificación de partículas sólidas en base a las características de tamaño y densidad, utilizando la fuerza centrífuga como agente del mecanismo de separación. A diferencia de otros separadores centrífugos, el hidrociclón no posee elementos móviles, lo que implica una gran ventaja en cuanto a costos de operación y mantenimiento. Consiste básicamente en una cámara “cilindro - cónica” (ver figura Nº 28), en la cual una suspensión de partículas sólidas en un medio fluido, es inyectada a presión y en forma tangencial por un orificio de alimentación ubicado sobre la mitad superior del cuerpo cilíndrico, adquiriendo un rápido movimiento de rotación. Esta rotación del flujo genera sobre las partículas la fuerza centrifuga, responsable de la separación.


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Figura Nº 28.

En el vértice de la sección cónica, se encuentra una salida llamada “apex”, por donde escapa una parte del caudal de alimentación; dando origen al flujo de descarga o underflow (hundido). Las características de este flujo dependerán del tipo de aplicación a que esta sometido el hidrociclón. Ubicada en el centro de la tapa del hidrociclón se encuentra otra salida axial, provista de un tubo cilíndrico denominado “vortex”, el cual se proyecta cierta distancia al interior del aparato. Por este ducto, es evacuada la porción de la alimentación que no es descargada por el apex, generando así el flujo de rebose u overflow (rechazo), constituido por los sólidos finos de la separación y la mayor parte del fluído. En estas condiciones, la acción del hidrociclón consiste en separar la alimentación en dos productos, overflow y underflow. Idealmente, el primero debiera contener todas las partículas de tamaño menor que cierto tamaño d* y el segundo, todas aquellas partículas mayores a dicho tamaño. Esta separación se puede describir mediante la curva del Grafico Nº 5, denominada curva de eficiencia ideal.


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Gráfico Nº 5. Curva de Eficiencia Ideal.

En un proceso de clasificación real, no se logra un corte estricto o un tamaño d*, como en el caso ideal, Así la curva de eficiencia real adquiere la forma presentada en el Gráfico Nº 6. En este Gráfico, se puede apreciar que para los tamaños gruesos la eficiencia real es 100%, indicando que en este rango granulométrico, todas las partículas salen por el apex del hidrociclón. En cambio, se observa que para los tamaños más finos, la eficiencia no es 0% como sería deseable. Esto se debe a que una pequeña cantidad de partículas son arrastradas por el agua directamente desde la alimentación al underflow, saltándose el proceso de clasificación, este fenómeno se denomina “ cortocircuito”. Gráfico Nº 6 Curva de Eficiencia Real.

En la clasificación real, el tamaño de corte corresponde al de las partículas de la alimentación que tienen igual probabilidad de irse al underflow o el overflow. Es decir, aquel tamaño para el cual la eficiencia real es 50%. Por este motivo se le representa por d50. Así, partículas mayores que d50 abandonaran el hidrociclón preferentemente con el underflow y partículas menores lo harán preferentemente con el overflow. Con el fin de obtener una curva de eficiencia que represente solamente el proceso de las partículas que son efectivamente clasificadas, se ha propuesto redefinir la eficiencia descontando 52 Curso Fundamentos de Molienda

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a la masa de cada fracción de tamaño, la proporción correspondiente a las partículas de ese tamaño que van al underflow debido al cortocircuito. En esta forma, se determina una nueva curva denominada curva de eficiencia corregida, la cual se representa en el Grafico Nº 7. Gráfico 7 Curva de Eficiencia Corregida.

El tamaño de las partículas para el cual la eficiencia corregida es 50% se define como tamaño de corte corregido y se le designa por d50c. Es decir, d50c es el tamaño de aquellas partículas de la alimentación realmente clasificados, que tienen igual probabilidad de figurar tanto en el underflow como en el overflow.

7.3

LA COLUMNA DE AIRE La presión en el interior de un hidrociclón disminuye desde la pared hacia el eje, pudiendo alcanzar el valor de la presión atmosférica. En tal caso, si el hidrociclón tiene sus salidas comunicadas a la atmósfera, entra el aire al aparato, formando una columna a lo largo del eje del hidrociclón. El comportamiento de la columna de aire es complejo, y su efecto en el funcionamiento del hidrociclón es bastante importante. Una situación ilustrativa del efecto de la columna de aire es la siguiente; cuando un hidrociclón se alimenta con agua solamente, la columna de aire puede ser de un diámetro tal que cierra completamente el orificio de descarga del underflow. Si entonces se agregan sólidos a la alimentación, los gruesos se acumulan en el cono del hidrociclón, haciendo decrecer la velocidad de rotación en esa zona, Esto hace disminuir el diámetro de la columna de aire, permitiendo así la descarga del underflow. Si la acumulación de gruesos en el cono es excesiva, la columna de aire puede interrumpir o desaparecer completamente, la desaparición de la columna de aire da lugar a una descarga tipo “tubular”, en contraste con la descarga usual tipo ‘Spray” en forma de “paraguas”. Debe destacarse que la acción del ciclón depende del tipo de descarga, por lo tanto, es importante diseñar las instalaciones de hidrociclones de modo que se asegure el funcionamiento en estado estacionario. 53


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El diámetro del orificio de descarga del underflow debe ser ajustado de manera que no se induzca la acumulación excesiva de gruesos en el cono ni tampoco se produzca un aumento de la capacidad de descarga más allá que el flujo de gruesos que se desean en el underflow. De lo contrario, esto ultimo ocasiona la presencia de finos no deseados en el producto grueso.

7.4

APLICACIÓN MOLIENDA

DE

LOS

HIDROCICLONES

EN

CIRCUITOS

DE

Es necesario describir dos términos comunes en la práctica industrial de hidrociclones: Deslamado y Desbastado. •

Deslamado: En esta operación el objetivo es eliminar las partículas finas conjuntamente con el overflow. Esto es necesario a menudo para mejorar el producto de procesos subsecuentes, tales cano flotación, separación, magnética, filtración, etc.

•

Desbastado: En el desbastado el producto es el overflow y pequeñas cantidades de partículas de sobre tamaño son arrastradas al underflow.

La aplicación principal del hidrociclón es en los circuitos cerrados de molienda. La Figura Nº 29, muestra 4 circuitos diferentes, en los que se emplean juntos hidrociclones y molienda húmeda.

Figura Nº 29


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ircuitos con Aplicación de Hidrociclones :

7.5

Caso (a):

El ciclón se instala aguas arriba del molino para “deslamar’ la alimentación. La fracción fina descarga por el overflow se envía al producto y el underflow grueso al molino, cuya descarga, el material molido, es el principal componente del producto mezclado. Esto se denomina habitualmente “circuito abierto”.

Caso (b):

La alimentación va directamente al molino cuya descarga se alimenta al hidrociclón para su “desbaste”. El overflow es el producto, mientras el underflow (sobre tamaño) regresa al molino para su posterior molienda conjuntamente con la nueva alimentación. Esto se denomina “circuito cerrado” de molienda.

Caso (c):

Aquí se combinan los casos (a) y (b) en el sentido que la alimentación y descarga del molino se mezclan y clasifican en el mismo hidrociclón, el que realiza la función doble de deslamar la alimentación gruesa y desbastar al producto fino del molino. El producto es el overflow del hidrociclón y el underflow regresa al molino.

Caso (d):

Para optimizar el rendimiento de los hidrociclones, el deslamado y desbastado debe realizarse independientemente en hidrociclones de distinto tamaño, ambos overflow son producto y ambos underflow se alimentan al molino. Esta es una combinación más lógica de los casos (a) y (b), llamado circuito mejorado.

ASPECTOS PRÁCTICOS La determinación del tamaño de un hidrociclón depende ya sea de la recuperación másica requerida o las necesidades de corte en el tamaño de partículas. Como el punto de corte depende de una cantidad de variables, además del tamaño del hidrociclón deben realizarse ensayos prácticos como el único medio de lograr la posición y parámetros de operación. Con respecto a la forma de la alimentación se ha comprobado que un ducto de alimentación de forma rectangular en la plancha de cubierta con una entrada en voluta es más satisfactoria. Figura Nº 30.


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Las características de la pulpa alimentada al ciclón también influyen sobre el punto de corte. La distribución de tamaño de las partículas determina la relación entre las fracciones mayores y menores a la malla de separación y por lo tanto el contenido de sólidos en el overflow. Grandes concentraciones de sólidos (en la alimentación) generan por lo tanto cortes más gruesos que las concentraciones más bajas. Este efecto puede describirse como una decantación obstaculizada, ya que el movimiento de partículas gruesas es obstaculizado por la zona de partículas finas a través del cual debe pasar. El codo del overflow del ciclón no debe poseer una curva abrupta o inclinación, ya que en el interior del codo continua la rotación del núcleo de aire, son efectivos los codos de radios mayores. Como una manera de asegurarse contra el riesgo de obstrucción, el tamaño de las partículas mayores alimentadas al ciclón deben ser preferentemente inferiores a la cuarta parte del diámetro final del apex (en ningún caso superior a un tercio). Finalmente debe agregarse, que el funcionamiento “óptimo” de un hidrociclón depende de las condiciones constantes de la alimentación, especialmente respecto de la tasa volumétrica de flujo, esto debe asegurarse manteniendo constante al nivel del sumidero de la bomba y sobre todo no debe existir el riesgo de que el nivel descienda a un punto en el cual pueda aspirarse aire.

7.6

CONSTRUCCIÓN Los hidrociclones están fabricados por secciones metálicas reemplazables, dotados interiormente con revestimientos adaptados a la geometría y que permiten una gran resistencia a la abrasión. El material de este revestimiento puede ser goma, cerámica o aleaciones. El equipo además posee vortex y apex (fittings) intercambiables, lo que permite una cierta flexibilidad en la operación. Figura Nº 31 Partes Modulares del Hidrociclón.


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La alimentación se diseña generalmente en “envoluta” la cual minimiza la turbulencia debido a la entrada del flujo de alimentación. La resistencia a la abrasión (revestimiento) y la facilidad con que las diversas partes pueden ser cambiadas en contraste con una operación relativamente simple, hace que estos equipos sean los más ampliamente usados en la industria metalúrgica.


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8 8.1

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EQUIPOS ANEXOS BOMBAS Una bomba es una turbo máquina generadora para líquidos. La bomba se usa para transformar la energía mecánica en energía hidráulica. Un sistema de bombeo puede definirse como la adición de energía a un fluido para moverse o trasladarse de un punto a otro. Una bomba centrífuga es una máquina que consiste en un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o cárter; o una cubierta o carcasa. Las paletas imparten energía al fluido por la fuerza centrífuga. Uno de los factores más importantes que contribuyen al creciente uso de bombas centrífugas ha sido el desarrollo universal de la fuerza eléctrica. Las bombas centrífugas hacen parte de un grupo de máquinas denominadas bombas rotodinámicas, las cuales están caracterizadas por la existencia de un elemento impulsor (o impeller) el cual es movido por un eje que le transmite la potencia a dicho elemento. Dentro de este grupo se encuentran las bombas de flujo axial, mixto y radial; estas últimas, de interés para el desarrollo de estas líneas. Las características principales para el tipo axial son el manejo de un gran caudal, pero una baja cabeza de presión desarrollada; mientras que las de tipo radial, el comportamiento es al contrario. Dichas bombas centrifugas (ó radiales), al caracterizarse por su alta cabeza, y su bajo caudal (respecto a las axiales), aunque importante, son ampliamente utilizadas en procesos donde se requiere el transporte de una cantidad significativa de flujo a un alto nivel de cabeza para así poder vencer grandes alturas y distancias muy largas. Se estima que aproximadamente el 70% de la producción total de las bombas corresponde a bombas centrifugas. Esta es una medida de la importancia de este tipo de bombas. Son ampliamente usadas en aplicaciones mineras (por su facilidad para manejar sólidos), en acueductos, industrias químicas, oleoductos y aplicaciones domesticas.

8.1.1

SISTEMA (LÍNEAS DE FLUJO). En muchas ocasiones el sistema al cual se necesita acoplar una bomba existe con anterioridad, y el trabajo se reduce a conocer y entender bien las características del mismo, para así poder determinar satisfactoriamente la bomba necesaria para poder cumplir con los requerimientos del proceso. Asumiendo que se debe concebir el sistema para que satisfaga las necesidades del proceso, se deben tener en cuenta los siguientes aspectos: • Caudal requerido. • Cabeza requerida (este aspecto está fuertemente influenciado por las características del sistema). Fluido a bombear. • • Temperatura del fluido. 58


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La característica de un sistema está dada por la curva de cabeza-caudal, la cual está dada por dos componentes; la cabeza estática total, TSH, (Fija. Independiente del caudal manejado) y la Cabeza Dinámica, CD, (Variable. Dependiente del caudal manejado). Esta Cabeza Estática Total (TSH) se determina físicamente sobre el sistema, y generalmente se dan las dos configuraciones siguientes: La bomba se encuentra por encima del nivel de succión. La bomba se encuentra por debajo del nivel de succión. Figura Nº 32. Bomba por Encima de la Succión

Figura Nº 33. Bomba por Debajo de la Succión


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En este caso la Cabeza Estática Total (TSH) es la suma de la Elevación de Succión Estática (SSL), más la Cabeza Estática de Descarga (SDH).

TSH= SSL + SDH La Cabeza Dinámica es variable, ya que depende de varios factores, como son; caudal manejado por el sistema (velocidad de flujo), las características físicas de la tubería (diámetro y rugosidad) y la viscosidad del fluido (es función de la temperatura), forma general de la línea (accesorios y válvulas). Dicha cabeza cuantifica las perdidas de energía que se generan por fricción en la tubería, y cambios de dirección (u obstrucciones) producto de las válvulas y los accesorios.

8.1.2

PRINCIPIOS FUNDAMENTALES Una bomba centrífuga es una máquina que convierte la potencia de entrada (rotativa, motor) en energía cinética en el fluido por medio de un mecanismo giratorio, el impulsor. El principal fenómeno físico de transferencia de energía es el efecto centrífugo ejercido sobre el fluido. Adicionalmente, el efecto de la forma de la voluta o carcasa sobre el fluido es la transformación de energía (de cabeza de velocidad a cabeza de presión) por el fenómeno de continuidad, también contribuye al aumento del nivel energético del fluido en la descarga de la bomba. El movimiento del impulsor genera una baja presión en la succión de la bomba, lo cual hace que el fluido se mueva hacia el ojo del impulsor. Figura Nº 34. Distribución de presión en el impulsor de una bomba centrífuga radial.


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En la figura anterior se muestra la generación de la presión en la medida en que el líquido va abandonando el impulsor. Adicionalmente se muestra claramente la diferencial de presión entre el lado convexo con relación al cóncavo del álabe. Ahora, después de entender el funcionamiento de una bomba, es momento de ver cómo se comporta una bomba centrífuga radial, en función de sus variables de operación.

8.1.3

ALTURA DESARROLLADA POR UNA BOMBA La altura h desarrollada por una bomba se determina midiendo la presión en la aspiración y en la salida de la bomba, calculando las velocidades mediante la división del caudal de salida entre las respectivas áreas de las secciones transversales y teniendo en cuenta la diferencia de altura entre la aspiración y la descarga. La normativa de ensayo indica que la altura desarrollada por una bomba es la diferencia entre la carga en la entrada y en la salida. Sin embargo, las condiciones del flujo en la brida de salida son normalmente demasiado irregulares para tomar medidas de presión precisas, y es más seguro medir la presión alejándose de la bomba diez o más veces el diámetro del tubo y añadir una estimación de la pérdida por fricción para esa longitud del tubo. En la entrada algunas veces existe pre-rotación en la zona del tubo cercana a la bomba y esto puede hacer que las lecturas obtenidas con un instrumento de medida sean diferentes a la presión media real en dicha sección.

8.1.4

RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS Cuando un líquido fluye a través de una bomba, sólo parte de la energía comunicada por el eje del impulsor es transferida el fluido. Existe fricción en los cojinetes y juntas, no todo el líquido que atraviesa la bomba recibe de forma efectiva la acción del impulsor, y existe una perdida de energía importante debido a la fricción del fluido. Esta pérdida tiene varias componentes, incluyendo las pérdidas por choque a la entrada del impulsor, la fricción por el paso del fluido a través del espacio existente entre las palas o alabes y las pérdidas de alturas al salir el fluido del impulsor. El rendimiento de una bomba es bastante sensible a las condiciones bajo las cuales esté operando.

8.1.5

CAVITACIÓN EN LAS BOMBAS Un factor importante para el funcionamiento satisfactorio de una bomba es evitar la cavitación, tanto para obtener un buen rendimiento como para evitar daños en el impulsor. Cuando un líquido pasa por el impulsor de una bomba, se produce un cambio de presión. Si la presión absoluta de un líquido cae por debajo de su presión de vapor, se producirá cavitación. Las zonas de vaporización obstruyen el flujo limitando la capacidad de la bomba. Cuando el fluido avanza a una zona de mayor presión, las burbujas colapsan y su implosión puede producir un picado del impulsor la cavitación suele producirse con más frecuencia cerca de la salida (periferia) de los impulsores de flujo radial y mixto, donde se alcanzan las velocidades mayores. También puede aparecer en la aspiración del impulsor, donde las presiones son menores. En el caso de las bombas de flujo axial, una parte más vulnerable a la cavitación es el extremo de los álabes.


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La cavitación de la bomba se nota cuando hay uno o más de las siguientes señales: ruido, vibración, caída en la curva de capacidad de carga y eficiencia, con el paso del tiempo, por los daños en el impulsor por picaduras y erosión.

8.1.6

EFECTO DE LA VISCOSIDAD Las bombas centrífugas también se utilizan para bombear líquidos con viscosidades diferentes a las del agua. Al aumentar la viscosidad, la curva altura caudal se hace mas vertical y que la potencia requerida aumenta. La línea discontinua indica los puntos de máximos rendimiento para cada curva. Se observa que tanto la altura como el caudal disminuyen en el punto de máximo rendimiento. Dos de las principales pérdidas en una bomba centrífuga son por fricción con el fluido y fricción con el disco. Estas perdidas varían con la viscosidad del líquido de manera que la carga – capacidad de salida, así como de la toma mecánica difiere de los valores que se obtienen cuando se maneja agua. Es necesario, sin embargo, conocer las tres unidades diferentes que pueden encontrarse para describir la viscosidad de un líquido en especial: 1. Segundos Saybolt Universal, o SSU 2. Centistoke – que define la viscosidad cinemática. 3. Centipoise – que definen la viscosidad absoluta.

8.1.7

SELECCIÓN DE BOMBAS Al seleccionar bombas para una aplicación dada, tenemos varias bombas entre las que elegir. Haremos lo posible para seleccionar una bomba que opere con un rendimiento relativamente alto para las condiciones de funcionamiento dadas. Los parámetros que se deben investigar incluyen la velocidad específica Ns, el tamaño D del impulsor y la velocidad de operación n. Otras posibilidades son el uso de bombas multietapa, bombas en serie, bombas en paralelo, etc. Incluso, bajo ciertas condiciones, limitar el flujo en el sistema puede producir ahorros de energía. El objetivo es seleccionar una bomba y su velocidad de modo que las características de funcionamiento de la bomba en relación al sistema en el cual opera sean tales que el punto de funcionamiento esté cerca del PMR (punto de máximo de rendimiento). Esto tiende a optimizar el rendimiento de la bomba, minimizando el consumo de energía.

8.2

CLASIFICADORES ESPIRALES Los clasificadores mecánicos, especialmente los helicoidales fueron y siguen siendo empleados en muchas otras aplicaciones, fuera de los circuitos de molienda, siendo equipos básicos en las etapas de deslamado, espesado, y clasificación fina, precisas en el tratamiento de minerales de hierro, estaño, fluor, barita, sílice, feldespatos y caolines, entre otros minerales. El clasificador puede realizar varios usos: • Separación de partículas finas y del líquido de partículas gruesas. • Separación de partículas ligeras de partículas pesadas. • La separación de las partículas en un número de productos según tamaño. • Separación del líquido de partículas sólidas • Gama óptima del tamaño de partícula 800 a 75 micrones 62


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Figura Nº 35a Clasificador de Tornillo

Figura Nº 35b Clasificador de Tornillo


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Figura Nº 35c Clasificador de Tornillo

8.2.1

CLASIFICACION MECANICA DE MINERALES: Es un método de separación de partículas de una mezcla de 2 o mas productos teniendo como base la ‘’V’’ la cual caen a través de un medio fluido que generalmente es agua, la clasificación en húmedo se aplica a partículas finas para ser clasificado por medio de cedazos o cribas. Los clasificadores mecánicos van con no mas de un 50% de sólidos, debe alternarse con agua. Cuando se añade el agua se determina la velocidad de asentamiento .Se produce una separación mas fina dependiendo de la densidad de la pulpa. Arriba del valor conocido se conoce como dilución critica .que normalmente es hasta el hasta el 10% este valor se consigue con partículas finas dado que una pulpa casi nunca debe llegar a una dilución critica es decir nunca se trabaja con un 10% de sólidos siempre se trabaja al rededor se 25 a 29% de sólidos para lograr un tamaño apropiado para la flotación. Los clasificadores mecánicos son incapaces de producir material realmente fino.

8.2.2 PRINCIPIOS EN QUE SE BASA LA CLASIFICACION Utiliza un tanque semi cilíndrico y las arenas son transportadas por un espiral rotatorio. A medida que esta siendo alimentado el clasificador genera un movimiento de flujo de tal manera que las partículas finas suben y las partículas gruesas van a ser arrastradas a la parte superior, los rastrillos empujan la carga en el fondo, cuando se agrega la descarga de los molinos. Esta descarga lleva normalmente 65% de sólidos Funciona con un tornillo que va girando y va llevando el material hacia la parte superior, si la inclinación es grande el material que esta subiendo tiende a regresar. El mineral se mueve con un tornillo que arrastra la carga hacia los clasificadores. Algunas veces trabajan completamente hundido, otros hasta la mitad, se usan con más pendiente que los de rastrillo


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8.3

ANALIZADOR DE TAMAÑO DE PARTICULA.

8.3.1

ALIMENTACIÓN FRESCA En la actualidad ya es posible medir la distribución de tamaños de partículas gruesas (3 a 300 mm) en cintas transportadoras. Esto es posible a través de un instrumento óptico que permite analizar las imágenes (sombras) proyectadas del mineral que transporta la cinta, luego de ser iluminadas con focos a un ángulo muy bajo. Este instrumento es adecuado para medir distribución de tamaños en la alimentación a un circuito de trituración o circuito de molienda autógena.

8.3.2

MEDICION EN PULPA.

Para medir la distribución de tamaños de partículas finas en una pulpa existen varios equipos, siendo los más requeridos aquellos que utilizan la atenuación de ondas de ultrasonido a través de la pulpa. El PSM de Autometrics es un ejemplo de ésto. La atenuación del sonido depende de la densidad y de la distribución de tamaños de las partículas. Es posible discriminar las señales de respuesta y obtener una señal que sólo reflejo el efecto del tamaño. La Figura Nº 36 muestra su esquema de operación. Figura Nº 36

8.3.3

DESCRIPCION DEL TAMAÑO DE UN SISTEMA DE PARTICULAS

Para definir el tamaño de partículas con formas regulares (esferas, cilindros, cubos etc.) se requiere de dimensiones bien definidas. En cambio para partículas irregulares, el problema general está indefinido. Sin embargo, para fines prácticos, es posible especificar el tamaño de una partícula irregular a través de un sólo número, por medio de diámetros equivalentes como los siguientes: a)

Diámetro del área proyectada. da. Corresponde al diámetro de una esfera cuya área proyectada es Igual el de le partícula, cuando éste se mire perpendicularmente 65


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b) c) d)

e)

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o su pleno de máxima estabilidad. Diámetro de volumen, dv. Corresponde el diámetro de la esfera cuyo volumen es igual al de lo partícula. Diámetro de superficie, ds. Corresponde al diámetro de la esfera que tiene un área superficial igual al de la partícula. Diámetro de Stokes, dst Corresponde el diámetro de la esfera cuya velocidad de sedimentación es igual el de la partícula cuando la sedimentación ocurre en régimen de Stokes. Diámetro de tamiz, dA Corresponde o la longitud de un lado, de la menor abertura de sección cuadrada por la cual la partícula alcanza a pasar. .

El tamaño definido por los tamices es el más usado en procesamiento de minerales. La medición de distribución de tamaño de un conjunto de partículas sólidos se denomina análisis granulométrico. 8.3.4

ANALIZADOR AVANZADO DEL TAMAÑO DE PARTÍCULA DE LA MEZCLA La distribución de tamaño de partícula es una medida importante de la calidad del producto para las operaciones industriales de los minerales. La PSI 500 se utiliza en: • • • • •

Control de tamaños de molienda Productos del circuito que muelen con distribuciones bimodales La supervisión de remolienda de los circuitos Control de thickeners grandes Control de calidad de los productos industriales de los minerales

El analizador de la PSI 500™ complementa el instrumento estándar de la PSI 200™ de la industria en usos amplios de la distribución y de la medida del tamaño de partícula fina. El tamaño de partícula medido se puede utilizar para el proceso y el control de calidad en línea. El instrumento toma una muestra representativa de 70 - 170 litros/muestra minuciosa de la pulpa del de proceso. Su principio de la medida se basa en la tecnología de la difracción del láser, que no requiere la calibración para la medida volumétrica de la distribución de tamaño. La gama medida del tamaño es a partir 1 a 600 micrones. Las lecturas de partícula de la distribución de tamaño exacta y del área superficial (número de Blaine) se miden cada 150 segundos por línea de la muestra. El resultado se exhibe localmente en un panel de exhibición lleno grande de color, que también se utiliza para supervisar y para manejar la operación del analizador. La información del tamaño de partícula se envía a través de red al sistema de la planta DCS.

8.4

DENSIMETRO NUCLEAR

8.4.1

PRINCIPIO DE OPERACION La densidad o porcentaje de sólidos, de una pulpa en movimiento puede ser determinado usando un densímetro nuclear de rayos gamma. En este medidor existe una fuente que emite un haz uniforme de radiación gamma, que pasa a través de la tubería y de la mezcla sólido—líquido, impactando luego a un detector ubicado a una distancia conocido de la fuente. La intensidad del flujo de rayos gamma que llega el detector es inversamente proporcional a la densidad de la pulpa. La Figura Nº 37, muestra un esquema de funcionamiento.


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Figura Nº 37

8.4.2

CARACTERISTICAS GENERALES a) b) c) d)

No hace contacto con el fluido Su instalación no requiere detener el proceso, su montaje es externo a la línea. La medición no es afectada por la presión, corrosividad o abrasivídad del fluido. Pueden ser especificados con tarjeta multiplicadora, para cálculo de flujo másico, incorporando la medición de flujo. e) Las burbujas de aire o gas inducen a errores en la medición.

8.4.3

APLICACIONES a) Puede ser utilizado en la medición de la densidad de:

8.4.4

Líquidos, soluciones o pulpas corrosivas, abrasivos, encontrados en los procesos de la industria de minería, papel, alimentos, química, etc. VENTAJAS DE LOS EQUIPOS ELECTRONICOS

En la actualidad se utiliza lo último de la tecnología en microprocesadores, combinada con software de uso fácil para proporcionar una medida exacta y fácilmente instalada de la densidad. El detector sensible permite que fuentes más pequeñas sean utilizadas comparando con los instrumentos equivalentes. Los medidores actuales incluyen: • • • • •

Medida No-intrusa de la densidad del circuito. Conveniente para los usos requeridos de alta temperatura. Para ambientes altamente tóxico o en procesos altamente corrosivos. La electrónica del microprocesador del equipo y los detectores altamente sensibles. Aseguran confiabilidad y exactitud. Construcción bastante sólida para el más áspero de los ambientes.


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Figura Nº 38. Se muestra este equipo, instalado en terreno.

8.5

MEDIDORES DE CAUDAL El flujo volumétrico de pulpas en tuberías puede ser determinado usando un medidor de flujo electromagnético o de ultrasonido.

8.5.1

MEDIDOR ELECTROMAGNÉTICO Son los más usados y basan su funcionamiento en lo ley de inducción de Faraday, que establece que el voltaje inducido en un conductor que se mueve a través de un campo magnético, es proporcional a la velocidad de dicho conductor. En consecuencia, se requiere que lo pulpa sea conductora de la corriente eléctrica para poder usarlos. Este equipo entrega el flujo volumétrico. Para determinar el flujo másico se necesito conocer la densidad de la pulpa. Por esto es una practica muy común combinar un medidor magnético de flujo con un medidor de densidades.

Figura Nº 39.


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8.5.2

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MEDIDOR DE FLUJO DE TURBINA Este equipo funciona como un “molino de viento” en que la velocidad rotatoria es directamente proporcional al caudal. El rotor, fabricado de acero inoxidable magnético, genera una salida pulsada, mientras que las láminas rotan a través del campo del flujo de un imán que esta montado en el sentido de flujo. Esta característica permite que el instrumento funcione sin la necesidad de una fuente de energía exterior, de modo que puede ser instalada en una posición remota con pilas para el totalizador de datos. Los datos de la medida del flujo pueden ser leídos en el campo vía la exhibición local o puede ser transmitido a un DCS. Alternativamente, una salida 4-20mA puede entrar directamente al sistema de control del proceso. Las turbinas son fáciles instalar debido a su diseño compacto, que da lugar a un tiempo mínimo para la instalación y el mantenimiento. Figura Nº 40.

8.5.3

MEDIDOR ULTRASÓNICO Este instrumento se basa en medir la diferencia de tiempo de viaje, entre un pulso de ultrasonido que se transmite “aguas abajo” en una tubería y un pulso que se transmite “aguas arriba” este tiempo de viaje entre ambos pulsos es proporcional al flujo. Este equipo ofrece una excepcional exactitud, una capacidad de repetición y es ideal para el uso en los procesos de los productos refinados. El sistema utiliza tecnología multifunción, para cuatro variables, junto con la lectura de la temperatura, la presión, la densidad y para proporcionar la exactitud más alta alcanzable en un dispositivo medidor de flujo. El regulador del medidor de flujo es una computadora completamente equipada la cual utiliza un procesador industrial e incorpora todos los algoritmos y software aprobados. La unidad se puede montar hasta 250 pies lejos del carrete en una zona o área segura. Se muestra en la figura Nº 41a y b 69


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Figura Nº 41ª. Gabinete Electrónico y Medidor de flujo Ultrasónico.

Figura Nº 42b


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9

9.1

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ASPECTOS OPERACIONALES MOLIENDA

DEL

CIRCUITO

DE

IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES DE PROCESO Considere que en forma esquemática un proceso puede representarse por: Figura Nº 43

Una posible clasificación de las variables asociadas a un proceso es la siguiente: a) Variables de estado: permiten caracterizar totalmente la condición en que se encuentra un proceso, no siempre son medibles. b) Variables manipuladas (o controladores): pueden ser variadas a voluntad. Ejercen acción sobre las variables de estado del sistema. A través de ellas puede “guiarse” al proceso hacia estados deseados, es decir, controlarlo. c) Perturbaciones: acciones externas que no pueden ser manejadas a voluntad, influyen sobre el estado del proceso y su efecto (imprevisible) podría detectarse en las variables medibles. La solución del problema de control debe tender a anular sus efectos. d) Variables medibles (o controladas, o respuestas) : permiten conocer la evolución del proceso, determinar el deterioro que provocan las perturbaciones y el efecto producido por el manejo de las variables manipuladas. Estas variables se denominan “variables controladas” cuando son usadas para tener una medida de la conducción del proceso y según su desviación con respecto a un valor deseado determinar la acción a ejercer por las variables manipuladas. e) Parámetros: caracterizan las relaciones entre variables del proceso; los valores que se asumen dependen de los componentes que dan lugar al proceso. Su variación es normalmente lenta o nula en el tiempo


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9.2

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VARIABLES DE UN PROCESO DE REDUCCIÓN DE TAMAÑO Considerando que no se dispone de un mecanismo para el manejo del mineral a procesar, en el sentido que permita proveer una alimentación homogénea, sino que la situación real es que normalmente se presentan considerables variaciones, tanto en la granulometría como en la dureza del mineral a procesar. Estas Variaciones provocan serias alteraciones al comportamiento de los procesos, principalmente los de reducción de tamaño, por lo cual el control en aquellos procesos debe diseñarse lo suficientemente robusto a fin de alcanzar los objetivos propuestos, aun en presencia de estas perturbaciones. 1) Granulometría del mineral. Las mayores variaciones en la granulometría del mineral se presentan en la etapa de trituración primario, por no existir un mecanismo para su regulación en una etapa anterior. Luego, dependiendo del grado de control que se tenga sobre los distintos equipos, estas características se van reduciendo hasta que en la última etapa de molienda ha llegado a su valor mínimo. El disponer de pilas de almacenamiento en la alimentación a trituración y molienda primaria permite, al contar con más de un alimentador, algún grado de libertad para preparar una alimentación de granulometría más homogénea. 2) Dureza del mineral El mineral a procesar, por provenir de diferentes partes de la mina, posee características de dureza diferentes, imposibles de alterar por ser inherentes al mineral. Sin embargo, mediante una adecuada programación de la explotación, es posible proporcionar una alimentación con una dureza más apropiada según los requerimientos de las unidades de procesamiento, pero en ningún caso puede lograrse una dureza constante. Identificación de variables de proceso

9.3

VARIABLES MANIPULADAS Aplicando la definición de variables de control a las principales variables que afectan la molienda, se obtiene el siguiente resultado. A) Variables Manipuladas • • • • •

Flujo de mineral fresco. Flujo de agua al molino. Velocidad de la bomba. Velocidad de rotación del molino. Adición de bolas.

B) Variables Controladas • • • • • •

Potencia consumida. Densidad de la pulpa de descargo. Tamaño del producto. Intensidad del sonido del molino. Nivel de llenado del molino. Presión en los descansos del molino. 72


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• Carga de bolas en el molino. • Nivel del pozo de descarga • Carga circulante. C) Perturbaciones • • • • • • • •

9.4

Dureza del mineral. Distribución granulométrica alimentación fresca. Mineralogía del mineral. Desgaste de las corazas. Desgaste de bolas. Densidad del mineral. Variaciones descontroladas de agua. Variaciones descontroladas de mineral.

PERTURBACIONES CARACTERÍSTICAS Las principales perturbaciones que afectan, en mayor o menor grado, el comportamiento del control de los distintos equipos y unidades dentro del procesamiento de minerales son las siguientes: 1. Granulometría 2. Dureza 3. Irregularidades en el flujo de alimentación. 1. Debido a la segregación que se produce en la pila de almacenamiento. Cuando no se cuenta con todos los alimentadores en operación, no es posible hacer una combinación adecuada de diferentes zonas de la pila de almacenamiento. Si no existe una pila de almacenamiento, la alimentación recibe directamente todas las variaciones de granulometría que entrega la etapa anterior. 2. Los procesos de trituración y molienda están afectos a todas las variaciones de dureza que presenta el mineral a procesar, resultante de la combinación que se realiza de mineral de distintas zonas de la mina. 3. Si no se dispone de una pila de almacenamiento, es posible que se presente con cierta frecuencia, irregularidades o interrupciones en el flujo de alimentación. Una pila de almacenamiento mal diseñada, también puede provocar irregularidades en el flujo de alimentación.


FUNDAMENTOS MOLIENDA

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