UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS GEOLÓGICAS Departamento de Ingeniería Metalúrgica y Minas Antofagasta
CONCENTRADOR CENTRIFUGO KNELSON Metalurgia Extractiva del del Oro y la Plata
Alumnos Adriano Castillo Marinka Silva Cristian Serrano X X X Profesor Gerardo Fuentes Cáceres.
1. Introducción Los métodos de separación por gravedad, concentración gravitacional, se usan para tratar una gran variedad de materiales, que varían desde los sulfuros metálicos pesados como la galena hasta el carbón, en algunos casos con tamaños de partículas inferiores a 5 micrones. Los métodos de separación gravitacional perdieron importancia en la primera mitad del siglo debido al desarrollo del proceso de concentración por flotación. Sin embargo, la separación por gravedad ha tenido avances muy significativos en los últimos años incrementándose su aplicación notoriamente. Este tipo de separación es actualmente el principal método de concentración para menas de oro, estaño y otros minerales que tengan un elevado peso específico. Los métodos de concentración gravitacional cuando pueden ser aplicados son preferidos en relación a los procesos de flotación debido a que los costos favorecen su uso y además son menos contaminantes del medio ambiente. La concentración por gravedad es, en términos simples, un método para separar partículas minerales de diferente peso específico aprovechando sus diferencias de movimiento como consecuencia de las fuerzas (gravedad, entre otras) que se ejercen sobre las mismas. Se acepta generalmente que la concentración por gravedad es el más sencillo y más económico de los métodos de concentración. El uso de este tipo de separación es adecuado siempre que sea practicable porque permite la recuperación de mineral útil en un orden de tamaños tan gruesos como sea posible, reduciendo los costos por la reducción de tamaño y disminuyendo las pérdidas asociadas a estas operaciones. Mientras más pequeñas son las partículas, más fuertes son, con relación a la gravedad, las fuerzas hidráulicas y de viscosidad, por lo cual el rendimiento de la separación por gravedad decrece bruscamente en los intervalos de tamaño fino. Para superar estos problemas en los últimos años se han desarrollado equipos de concentración basados en la fuerza centrífuga, los cuales permiten que la separación de las partículas finas tenga lugar en un campo de concentración de varias G. Entre estos equipos centrífugos se destacan los concentradores Knelson, Falcon, el jig centrífugo Kelsey y el concentrador Multi-Gravity Separator. Sin embargo el presente informe está enfocado en el Concentrador Centrífugo Knelson.
2
2. Concentradores Centrífugos. El uso de la fuerza centrífuga para aumentar la velocidad de sedimentación de partículas ha sido aplicada con éxito desde hace ya muchos años para la clasificación y filtrado. La utilización de la fuerza centrífuga para mejorar la eficiencia de la concentración gravitacional de materiales finos fue motivada por las pérdidas de material valioso asociada a ese tamaño de partícula. El método se basa en aumentar el efecto gravitacional, por ende su eficiencia, mediante una fuerza centrífuga de modo de mejorar la recuperación de material de menor tamaño.
3. Historia de los concentradores centrífugos. Ya en los años 50 se utilizaban separadores centrífugos en la hoy ex Unión Soviética y también en China para el tratamiento de relaves provenientes de menas de tungsteno y estaño. Muchos años después se le dio la real importancia al potencial de estos equipos en el resto del mundo. Durante los años 80 se innovó utilizando éstas tecnologías en el beneficio de menas auríferas, principalmente para menas aluvionares y con el tiempo para diferentes menas de carácter primario. Lo anterior, debido a la versatilidad de los equipos centrífugos que cuentan con características como la de tener capacidad variable, aceptar en la alimentación entre un 20%-40% porcentaje de sólidos, mayor recuperación de finos y costos bajos de operación y mantención. El nombre del equipo Knelson proviene del apellido de su creador, el empresario canadiense Byron Knelson, quien al ver que en sus exploraciones sólo eran eficientes en la recuperación de pepitas de oro gruesas e ineficientes con los finos, quiso estudiar la posibilidad de recuperar los granos finos de oro. Poco se sabe del cómo lo realizó. En 1976 Byron probó el primer prototipo de concentrador centrífugo construido en lecho fluido en una planta de agregados en el Valle Fraser. Aunque la primera unidad carecía de refinamiento mecánico, fue el inicio de la revolucionaria idea del Knelson en 1978. En el año 1998 había más de 2500 concentradores Knelson operando en recuperación de oro en el mundo.
3
4. Concentrador Centrífugo Knelson. A mediados de los años ochenta surgieron equipos para el beneficio de minerales que utilizaban la fuerza centrífuga como método para la separación del mineral valioso. Uno de los más conocido y utilizados hasta el día de hoy es el concentrador Knelson, el cual obtuvo una gran aceptación en la industria minera para la recuperación de oro. Este concentrador consiste en un cono perforado con anillos internos que gira a alta velocidad. La alimentación, en general, debe ser inferior al cuarto de pulgada y es ingresada como pulpa con un porcentaje de sólidos que puede variar entre el 20 y 40 porciento. Las partículas, al alcanzar la base del cono, son impulsadas por las paredes laterales por acción de la fuerza centrífuga generada por la rotación del cono. En los anillos se forma un lecho de volumen constante, en donde quedan retenidos las partículas más pesadas mientras que las más livianas son expulsadas del lecho y arrastradas por sobre los anillos hacia la parte de descarga de relave en la parte superior del cono. Al variar la altura del cono, varía también el campo centrífugo del concentrador. Por lo tanto en los anillos inferiores se tiende a recuperar las partículas de mayor tamaño con una alta densidad, respecto a los anillos superiores, donde el radio del cono es mayor, los minerales finos pueden ser recuperados. Cabe decir que en la zona superior donde hay una mayor radio de cono se tiene también una mayor fuerza centrífuga. Uno de los problemas que presenta el equipo es la compactación del material en el lecho, sin embargo esto es remediado mediante la inyección de agua a través de los orificios en los anillos. El agua fluidiza el lecho de concentrado haciendo que las partículas mas densas, hasta las finas, penetren en el lecho bajo la acción de la fuerza centrífuga, la cual es superior a la fuerza de gravedad. La eficiencia del proceso es posible gracias a que se logra evitar la compactación del lecho con partículas de ganga dentro los espacios inter-riffles, esto quiere decir, que el lecho debe estar en un estado de fluidización apropiado. El mecanismo de fluidización se puede realizar mediante un circuito hidráulico externo, donde el agua es inyectada dentro del cono mediante un ensamble de perforaciones con un tamaño aproximado de 800 µm de diámetro. El agua se inyecta en dirección contraria a la rotación del cono, lo cual hace que las partículas continúen en movimiento y se concentren las partículas pesadas, de ese modo se asegura una adecuada fluidización del lecho. Al final del periodo de operación, el concentrado que queda en los anillos es colectado y se retira por el fondo del cono.
4
5. Características generales equipo Knelson.
El concentrador K –Nelson es fabricado en diversos tamaños y modelos, desde el concentrador de laboratorio KC –MD3 hasta el equipo de alta producción KC –XD48, con capacidad de procesar 150 tph El concentrador recupera partículas de oro de tamaños que van des de ¼”hasta aproximadamente 1 micrón. En estos concentradores el problema de compactación del mineral que pudiese originar la fuerza centrífuga, fue solucionado introduciendo agua a presión en el sistema, contrabalanceando la fuerza centrífuga en el cono de concentración. Durante la operación de estos concentradores todas las partículas están sujetas a una fuerza equivalente a 60 g, que es lo que permite que el concentrador pueda recuperar partículas finas.
Todos los modelos desde los que se utilizan en laboratorios hasta los de producción a gran escala tienen incorporado el proceso de fluidificación patentado, gracias a esto y a la fuerza centrífuga que utiliza, ha hecho al concentrador K –Nelson el más avanzado equipo de concentración por gravedad disponible.
6. Parámetros de operación. Los parámetros operacionales del equipo Knelson más manipulados son:
Porcentaje de sólidos Presión de agua para fluidización Granulometría Razón másica
5
Figura 1: Concentrador Centrífugo Knelson.
Figura 2: Tipos de conos utilizados en el concentrador Centrífugo Knelson.
6
7. Modelos de Concentradores Knelson. La serie de modelos de equipos Knelson que se ofrecen en el mercado son: I. II. III.
Serie de descarga manual (MD). Serie de descarga Central (CD). Serie de servicio pesado (XD).
Los modelos de serie de carga manual son equipos para plantas pilotos y laboratorios. Entre los modelos disponibles se tienen:
KC-MD 3 (50 kg/h – 1/6 HP) KC-MD 7.5 (1000 kg/h – ¾ HP)
El primero de los equipos es ideal y estándar para laboratorio, mientras que el segundo es utilizado en investigaciones de minerales pesados o para el mejoramiento de los concentrados de oro de baja ley. Los modelos de descarga central fueron las primeras unidades diseñadas para extraer concentrado rápidamente de forma segura. Entre los modelos se tienen:
KC-CD 10 MS (2,5 t/h – 1,5 HP) KC-CD 12 MS (6 t/h – 2 HP) KC-CD 20 MS (25 t/h – 7,5 HP) KC-CD 30 MS (60 t/h – 15 HP)
Los dos equipos mencionados son apropiados para operaciones de concentración primaria de bajo tonelaje como pruebas a escala piloto. El resto es utilizado generalmente para operaciones aluviales u operaciones de molienda de roca dura a nivel industrial. Los tamaños máximos de alimentación respectivamente son: Placeres (1/4 pulgada) y roca dura (-10 mallas). Los modelos de servicio pesado han sido desarrollados para soportar exigencias y condiciones difíciles de operación. Ofrece mayor capacidad y una mejor recuperación.
KC-XD20 (25 ton/h - 7,5 HP) KC-XD30 (60 ton/h - 15 HP) KC-XD48 (150 ton/h - 40 HP)
7
