Manual de Entrenamiento en Concentracion de Minerales - V c

Servici Servi ci o Nacio Nac ionn al d e Geologí Geolo gía y Té Té cn ico ic o de Min M in as - SERGEOT SERGEOTEC ECM M IN Proyecto royecto “Cap “Cap acitación ac itación de Mineros Min eros en Escuela M inera de d e Chi Chi ripujio” ripuji o”

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MANUAL DE ENTRENAMIENTO E N CONCENTRACIÓN DE MINERALES SECCIÓN V

CO NCENTR ACIÓN GRAVIMÉTRICA

1. GENERALIDADES Los métodos de separación gravimétrica se usan para tratar una gran variedad de minerales, que varían desde los sulfuros pesados como la galena (peso específico 7,5) hasta el carbón (p.e. 1,3), y tamaños de partículas en algunos casos por debajo de 50  m. Este método declinó en importancia en la primera mitad del siglo pasado debido al desarrollo de los procesos de flotación, los cuales posibilitaron la concentración selectiva de complejos de baja le le y, tal el caso de minera les como los de Bolívar, Porco, etc. Sin e mbargo, ba rgo, éste éste se mantuvo como el principal método de concentración de minerales de hierro, tungsteno y estaño. Aunque se han desarrollado técnicas de flotación para la casiterita en las últimas décadas. Sin embargo, alrededor del 85 % del estaño en el mundo se lo produce por medios gravimétricos. Los métodos gravimétricos son preferidos, pues los costos de operación son menores. Los minerales que pueden ser liberados en tamaños sobre el rango normal requerido para la flo flo tació tació n p uede uede n ser concentr co ncentrado ado s en fo rma más económica por métodos gravimétricos. En años recientes, muchas empresas han reevaluado el sistema gravimétrico debido al incremento en los costos de los reactivos usados en la flotación, la relativa sencillez de los procesos gravimétricos, gravimétricos, y e l hec ho de d e q ue comparat c omparativ ivame amente nte éste produce menos polución. Técnicas Modernas en gravimetría han demostrado ser eficientes para partículas de mineral en el rango de 50 – 10  m y asociadas a tecnol tec nolo o gías mejoradas de bombeo bomb eo e instrumentación, han sido implementa implementadas das en pl p lantas de gran capacidad. capacidad. En muchos muchos casos una alta proporción de los minerales de un cuerpo mineralizado pueden ser pre concentrados a un menor costo y más ecológicamente; ecológicamente; las cantidades de reactivos reactivos y d iesel p ueden ser disminu disminu idos no no tablemente tablemente cua cua ndo los métodos más caros caros son procesados procesados mediante mediant e méto métodos dos gravimétricos. La separación gravimétrica de material grueso tan pronto se alcanzó la liberación puede tener significativas ventajas para su tratamiento en etapas siguientes, debido a la disminución del área, mejor desagüe, y la ausencia de químicos adheridos que pueden dificultar procesos posteriores. posteriores.

Edgar Edga r B. Alcalá Alc aláCruz ru z – Alfredo Alfr edo Flores Corr Corral ales es – Artu ro Belt rán Alf onso on so

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2. PRINCIPIOS DE LA CONCENTRACIÓN GRAVIMÉTRICA La separación gravimétrica es tan antigua como el tiempo. Diferencias de temperatura han quebrado grandes masas de roca y el viento y el agua han actuado sobre ellos como medios de transporte y separación, transportando el material quebrado a zonas más bajas. Las partículas más pesadas por densidad o tamaño se han ido depositando primero en fosas y huecos naturales. Las partículas más livianas por peso específico o tamaño han sido transportadas a distancias más alejadas de su origen y depositadas en zonas planas. Acumulaciones de minerales pesados como el oro, platino, casiterita, magnetita, ilmenita y diamantes, formadas de esta manera se denominan placeres o yacimiento secundarios. Tal el caso de los yacimientos de oro de Tipuani, Teoponte y de casiterita del cañadón Antequera en Oruro y del río de Tarapaya en Potosí. Las plantas de concentración gravimétrica tienen dos propósitos:

v v

Separación de acuerdo a una clasificación por tamaños, minerales de la misma densidad (clasificación) Separación de acuerdo a diferentes densidades de minerales de aproximadamente el mismo rango de tamaño (concentración)

Un ejemplo del primer caso es la clasificación de la descarga de un molino a bolas para tener un producto final y del segundo caso la separación por medio de líquidos pesados de diferentes minera les. En una planta de co ncentración los medios de separación pueden ser aire, agua o líquidos pesados co mo la solución concentrada de CaCl2, ferro silicio (FeSi), etc. La conce ntración gravimétrica separa minera les de diferentes densidades debido a un movimiento relativo debido a la gravedad y otras fuerzas, como la que ofrece al movimiento de un cuerpo un fluido viscoso, como el agua, aire, etc. Para una separación efectiva es esencia l que exista una marcada diferencia de densidades entre el mineral y la caja. Una idea del tipo de separación posible puede obtenerse de la relación:

Dh - Df Dl - Df Donde Dh es el peso específico del mineral pesado, Dl es el peso específico del mineral liviano, y Df es el peso específico del medio fluido. En términos generales, cuando el cociente es mayor que 2,5, ya sea positivo o negativo, la separación gravimétrica es fácil. Cuando este valor va decreciendo, la eficiencia de la separación también decrece, y por debajo de 1,25 la separación gravimétrica ya no es factible económicamente.1 1

Minera l Proces singTechnology – B.A. W illis, BSc, PhD, CEng, MIMM

Edgar B. AlcaláCruz – Alfredo Flores Corrales – Artu ro Belt rán Alf onso


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El movimiento de una partícula en un fluido no depende solamente de su peso específico, sino también de su tamaño; partículas grandes son más afectadas que las partículas pequeñas. La eficiencia del proceso consiguientemente se incrementa con el tamaño de las partículas. Partículas que son muy pequeñas y su movimiento está dominado principalmente por la fricción superficial responden deficientemente a este método de separación. En la práctica, un control estricto del tamaño de la alimentación es importante para reducir el efecto del tamaño y hacer que el movimiento relativo sea más dependiente de la gravedad.

3. SEPARADORES GRAVIMÉTRICOS Muchas Máquinas han sido diseñadas y construidas en el pasado para la separación por gravedad. Muchas de esas técnicas son ahora obsoletas en pa íses avanzados, sin embargo en nuestro país seguimos usando muchas de ellas por las condiciones económicas de la minería en general y de la cooperativizada y chica en particular. Una clasificación de los separadores por gravedad más comúnmente usados, basados en el tamaño de las partículas de la alimentación, se puede ver en la figura 1. La separación por medios pesados (HMS) es ampliamente usada para pre-concentrar material triturado antes de ingresar a la molienda, como el que fue usado en la planta de preconcentración de mina Caracoles y e n Kellhuani. Para tener una operación de separación por gravedad eficiente es importante preparar cuidadosamente la alimentación. La molienda es particularmente importante para lograr que las partículas sean lo más gruesas posible con una adecuada liberación; una remolienda de las segundas es necesaria en la mayoría de las operaciones. La molienda primaria se la realiza, en circuito cerrado, con molinos a barras, pero si se requiere molienda más fina se usa un molino a bolas en circuito cerrado, con cernidor o hidrociclón con el objeto de reducir la sobre molienda.

PARA TENER UNA OPERACIÓN GRAVIMÉTRICA EFICENTE ES IMPORTSANTE PREPARAR LA ALIMENTACIÓN ADECUADAMENTE. Los separadores por gravedad son muy sensibles a la presencia de lamas, lo cual incrementa la viscosidad de la pulpa y por tanto reduce la claridad de separación y el punto de corte. La alimentación a jigs, conos, y espirales debe ser, e n lo posible, cernido a ntes de realizar la separación, cada fracción debe ser tratada separadamente. Para la separación en mesas concentradoras es importante q ue ésta este precedido de una buena clasificación hidráulica.



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-Clasificación en cribas (húmedo) -Clasificación de corriente -Hidrociclones -Tambores SAF -Ciclones SAF -Jigs -Mesas (hidráulicas) -Espirales -Conos -Canaletas hidráulicas -Mesas de vuelco -Mesas Mozley -Separación magnética mojada BI -Separación magnética mojada AI -Separación magnética con matriz -Flotación de aglomeración -Flotación de espuma -Clasificación en cribas (seca) -Ciclones neumáticos -Mesas neumáticas -Separadores magnéticos secos BI -Separadores magnéticos secos AI -Concentración electrostática -Concentración electrodinámica

Tamaño de p artícula de la alimentación

Fig. Nº 1.Rango efectivo de apl icación de técn icas conven cionales para el procesamiento de minerales

LA ALIMENTACIÓN ANTES DE INGRESAR A LOS EQUIPOS GRAVIMÉTRICOS DEBE SER ADECUADAMENTE CLASIFICADA Aunque la mayor parte de las pulpas son trasportadas con ayuda de bombas centrífugas y cañerías, donde sea posible se debe aprovechar el flujo natural por gravedad; muchos de los antiguos ingenios, como el de Molinos en Caracoles o el de Hornuni en Colquiri, están construidos en las laderas de los cerros, justamente para aprovechar el flujo de las pulpas por gravedad. Reducir al mínimo el bombeo de pulpas no solamente reduce el consumo de energía, sino que reduce también la producción de lamas en el circuito.

LOS PROCESOS GRAVIMÉTRICOS SON MUY SENSIBLES A LA PRESENCIA DE LAMAS. CONSIGUIENTEMENTE SE DEBE EVITAR EN LO POSIBLE LA GENERACIÓN DE FINOS (LAMAS) Uno de los aspectos más importantes en las operaciones de separación por gravedad es el correcto balance de agua en la planta. Casi todos los concentradores por gravedad tienen una densidad de pulpa adecuada, una desviación de esta densidad causa una rápida declinación de la eficiencia. Consiguientemente, un buen control de la densidad de la pulpa es muy importante. En algunas empresas grandes este control es automático, tal el caso de los ingenios de COMSUR, en Porco, Colquiri, Bolívar, etc.



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El control de la densidad de pulpa puede ser hecho con el uso de los conos espesadores que preceden al proceso de separación por gravedad. Estos espesan la pulpa, pero el rebalse (overflow) con frecuencia contiene sólidos, y puede ser dirigido a una fosa o espesador. Para un incremento substancial en la densidad de la pulpa se pueden usar hidrociclones o espesadores. Los últimos son los más caros. El concentrado final del proceso de separación por gravimetría necesita a veces una limpieza por medio de ma gnetos, lixiviación, u otro método para limpiar contaminantes.

4. JIGS 4.1

ASPECTOS GENERALES

La separación por medio de jigs es uno de los métodos de concentración gravimétrica más antigua. El jig es normalmente usado para concentrar material relativamente grueso y, si el material de alimentación es relativamente uniforme, entre 3 – 10 mm, no es difícil lograr una buena separación de minerales con un rango de pesos específicos estrecho e n la alimentación (por ejemplo fluorita, p.e. 3,2, del cuarzo, p.e. 2.7) y si la diferencia de pesos específicos es mayor la separación será mejor. Muchos circuitos grandes de jigs siguen trabajando en operaciones de carbón, casiterita, tungsteno, oro, baritina y hierro. Como ejemplo podemos mencionar el uso de jig tipo Panamerican en las dragas de Teoponte (South American Placers), los jigs tipo Yuba en la draga de Estalsa en el cañadón Anteq uera. Actualmente estas dragas están paradas. En los jigs la separación de minerales de diferentes pesos específicos se logra en una cama, la cual recibe un flujo de agua por pulsación de tal manera que en ella se forman estratos de mineral. El objetivo de la pulsación es aflojar el material de la cama de tal manera que las partículas grandes y de mayor peso específico caigan primero hasta el cedazo y puedan pasar por sus perforaciones los de menor tamaño que ellas y los de mayor tamaño se q ueden sobre e l mismo formando parte de la cama. Debido al golpe (strocke) la cama se levanta normalmente en masa, luego tan pronto comienza la succión ésta tiende a aflojarse, las partículas de la parte inferior caen primero mientras la cama completa este suelta. Al final de la succión del golpe la cama se cierra nuevamente y esto se repite para cada golpe, la frecuencia normalmente varía entre 55 – 330 golpes por minuto. Las partículas finas tienden a pasar por los intersticios de las partículas grandes q ue se han estabilizado sobre el cedazo. El movimiento pulsante puede obtenerse usando un jig de cedazo fijo, y pulsar el agua, o empleando un cedazo móvil, como en los jigs manuales o maritates (Fig. 2). El agua puede pulsarse de diferentes maneras, as í en los jigs tipo Yuba, usados en las dragas, el agua se mueve gracias a un mecanismo que trasmite un movimiento horizontal a un diafragma de goma, una situación simular se presenta en los jigs tipo PanAmerican, usadas también en dragas (Fig. 3) El largo del golpe en los jigs tipo Pan-American puede ajustarse entre ¼” y 1-½”. Para cada operación en particular el largo del golpe debe determinarse empíricamente. En general se puede indicar que para alimentación gruesa y pesada el golpe tiene que ser largo. La velocidad



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de los golpes varía de 50 a 60 golpes por minuto en carbón y unos 380 golpes por minuto en oro. Se ha visto que es apropiada una velocidad de 125 rpm para estaño. Movimiento del cajón de mineral

Cajón de mineral

Agua

Partículas pesadas

Cedazo del Jig

Partículas livianas

Fig. N º 2. Jig manual

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4 5

8

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1

7 9

a)

b)

Fig. Nº 3 . Jig hidráu lico pulsan te (Pan American Pulsador) a) 1) 4) 7) 9)

Maquina hidráulica, b) Pulsador Cajón de asent amiento, 2) Embudo , 3) Pulsador Conducto de agua, 5) Resorte, 6) Me mbrana Válvula, 8) Dispo sitivo de asentamiento, Ext racción de concentrad o



4.2

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TIPOS DE J ISGS

Un jig consta de un tanque abierto lleno de agua, con un cedazo horizontal en la parte superior, y provisto de un grifo en la parte inferior del cajón (hutch), para remover el concentrado (Fig. 4). La cama consiste de capas de material grueso, partículas pesadas, o ca ma artificial (granalla), colocada sobre el cedazo y sobre el cual escurre la pulpa. La alimentación cruza la cama y la separación se realiza en ella de tal manera que los granos con peso específico alto penetran a través de la cama y el cedazo y se depositan en el cajón como concentrado, mientras que los granos livianos son arrastrados por la corriente de agua hacia las colas.

4.2.1 JIG DE HARZ Uno de los jigs más antiguos es el jig de Harz (Fig. 5), en el cual un embolo se mueve verticalmente arriba y abajo en un compartimiento separado. Tiene hasta cuatro compartimientos en serie. Un concentrado de alta ley se concentra en el primer compartimiento, concentrados de menor ley se van produciendo sucesivamente en los otros compartimientos, el último compartimiento descarta un rebalse (overflow) a las co las.

Alimentación

Rebalse de colas

Agua

Cedazo del jig

Cajón de j ig

Agua Descarga del concentrado (Spigot)

Fig. Nº 4 . Cons trucción básica de un jig.



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Ingreso de agua

Alimentación Producto liviano Producto pesado Embolo

Cedazo

Cajón

SECCION LONGITUDINAL

SECCION TRANSVERSAL

Fig. Nº 5 . Jig Harz

4.2.2 JIG DENVER El jig Denver se usa ampliamente, especialmente para separar minerales pesados en los circuitos de molienda cerrados, para evitar la sobre molienda. La válvula rotativa para el suministro de agua puede ser regulada para abrir en el lugar del ciclo deseado, la sincronización entre la válvula y el émbolo se logra por medio de una correa en “V” de goma. Mediante un apropiado ajuste de la válvula, cualquier variación deseada puede ser alcanzada, desde la completa neutralización de l golpe de succión con agua hasta un balance completo entre succión y pulsación (Fig. 6).

5. CANALETAS 5.1

CANALETAS EN FORMA DE ABANICO

Canaletas de muchos tipos han sido usadas desde hace siglos para la separación de minerales pesados. En su forma más simple, es una canaleta inclinada de cerca de 1 m de largo, que se va estrechando desde 200 mm de ancho en la parte de ingreso de la carga hasta 25 mm en la parte de la descarga (Fig. 7). La pulpa co n 50 a 65% de sólidos entra suavemente y se va estratificando al bajar por la canaleta, en la descarga el estrato se separa por medio de canaletas separadoras.


Servici o Nacional de Geología y Té cn ico de Min as - SERGEOTECMIN Proyecto “Cap acitación de Mineros en Escuela M inera de Chi ripujio” Válvula cerrada

Golpe abajo

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Cama de l jig abierta

Válvula cerrada El agua no ingresa

El diafragma se desplaza hacia abajo Llave de paso del cajón

Concentrado

Válvula abierta

Golpe arriba

Asentamiento retardado de la cama

Válvula ab ierta El agua ingresa al cajón del jig

El diafragma se desplaza hacia abajo Llave d e paso del cajón

Concentrado

Fig. Nº 6 . Jig Denver



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15º

Sección longitudinal

Cortadores

Vista de planta

Fig. Nº 7. Canaleta de abanico.

5.2

CANALETA PARA CONCENTRACIÓN

Son canaletas corrientes, champa lavador, canaló n prefabricado, mesas rayadas, canoa. La inclinación de la canaleta según la forma de operación y tamaño de grano de la alimentación: 2 – 8º para preconcentración de a limentación de minera les pesados; a lrededor de 14,8º para post lavado de concentrados clasificados con estrecho rango de tamaño de grano en ritmo de trabajo intermitente en Bolivia. Las canaletas pueden ser de 2 m de largo por 0,5 m de ancho por 0.5 m de profundidad. En Tailandia p ueden ser más largas. Los champa lavadores son canaletas con p iso de p lantas de bofedales y que aumentan la capacidad de adhesión en el piso. También se usan las trancas en las canaletas, las cuales tiene n diferentes secciones y cambian la velocidad del flujo de la pulpa, las partes livianas pasan y las partes pesadas se depositan tras las trancas y de esta manera se logra la concentración. Los diferentes tipos de trancas podemos apreciar en la figura Nº 8. Las canaletas pueden ser también simples quebradas en el mismo yacimiento por el que circula agua y e l operador se encarga de remover la carga logrando lavar la misma y concentrar la. En el cerro de Potosí es una práctica frecuente.



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Rifles cuadrados

Rifles redondos transversales

Rifles redondos longitudinales

Trampas de piedra

Fig. Nº 8. Tipos de rifles de las cana letas.

6. CONOS El cono Reichert (Fig. 9), es un dispos itivo de concentración por gravedad en húmedo diseñado para instalaciones de gran capacidad. Su principio de operación es e l mismo que el de las canaletas descritas anteriormente, pero el flujo no está restringida o influenciada por las paredes laterales. Una unidad industrial consta de varios conos instalados uno sobre otro que conducen a una mejor recuperación. Estos conos se fabrican en fibra vidrio y vienen en estructuras de 6 m de alto. Los conos tienen un diámetro de 2 m y no se mueven. Un corte transversal del cono Reichert podemos ver en la figura Nº 10.



Fig. Nº 9. Cono Reichert

Alimentación Distribuidor Base ada tadora universal

Cono dob le Anillo de recolección del concentrado colas ensanchador

Tubo de colas

Cono simple

Inserto pre calibrado colas

Colas

Bandeja de concentración

concentrado colas

Fig. Nº 10. Corte transversal del cono Reitcher


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7. ESPIRALES Los concentradores a espiral han encontrado muchas aplicaciones. Actualmente se está usando en el ingenio de Huanuni con buenos resultados. Los concentradores a espiral Humphreys se usa desde 1943. Tiene una forma semicircular. La pulpa debe ingresar con un 15 a 45% de sólidos y un tamaño entre 3 mm y 75  m en la parte super ior de l equipo (Fig. 11). En la figura Nº 12 podemos ver un corte de este equipo.

Fig. Nº 11. Concentrador a Espiral Humphreys.



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Fig. Nº 12. Secc ión transversal de una Espiral.

8. MESAS CONCENTRADORAS Cuando una película de agua fluye sobre una superficie plana inclinada el agua pegada a la super ficie es frenada por la fricción del agua absorbida por la superficie; la velocidad se incrementa hacia la superficie libre del agua. Si se introducen partículas de mineral en la película, las partículas peq ueñas no se mo verán tan rápido como las más grandes, ya que ellos se sumergirán en la porción de la capa de agua que se mueve lentamente. Partículas de mayor peso específico se moverán más lentamente que las partículas livianas, de esta manera se produce un movimiento lateral de estas partículas (Fig. 13).

Incremento de la velocidad del agua

Partículas de alta densidad

Dirección del F lu o

Particulasde baja densidad

Su erficie sólida

Fig. Nº 13. Movimiento en un flujo laminar.



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La separación en flujo laminar efectivamente separa partículas livianas y gruesas de las partículas pequeñas y densas. La separación en flujo laminar de agua es usada ampliamente en las mesas concentradoras, las cuales son quizás los equipos más eficientes de la concentración gravimétrica, siendo usadas ampliamente para tratar pa rtículas pequeñas e n pulpas d ifíciles, y para producir concentrados finales de los productos de otros sistemas de concentració n gravimétrica. La mesa es una superficie plana ligeramente inclinada A (Fig. 14) a la cual llega la pulpa con un 25 % de sólidos en peso por medio de un cajón alimentador y es distribuida a lo largo de C; el agua de limpieza es suministrada a lo largo de la canaleta D. La mesa vibra longitudinalmente, por medio del mecanismo B, usando una carrera adelante lento y un retorno rápido, e l cua l hace q ue las partículas de mineral se arrastre lentamente a lo largo de la mesa y paralela a la dirección de su movimiento.

Fig. Nº 14 Mesa vibradora.

De esta manera los minerales están sujetos a dos fuerzas, aquella debido al movimiento de la mesa y la otra, perp endicular a aquella, deb ido al movimiento de la capa de agua. El efecto neto es que las partículas de mineral se mueven diagonalmente a través del tablero desde la descarga de la alimentación y, como el efecto del flujo de la capa de agua depende del tamaño y densidad de las partículas, ellos se abanican sobre la mesa, las más pequeñas, y densas se trasladan al extremo de la canaleta de concentrados, mientras que las partículas grandes y livianas son lavadas hacia las canaletas de colas. La figura Nº 15 nos muestra un diagrama idealizado de la distribución de los productos. Un separador móv il es necesario en la recepción de los concentrados para poder separar los concentrados de alta ley de los mixtos. Aunque ciertamente la concentración en una película de agua requiere una sola capa de alimentación, en la práctica se introducen varias capas del material a concentrarse, permitiendo concentrar más tonelaje. Debido al movimiento vibratorio de la mesa se forman estratos verticales detrás



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de los rifles (Fig. 16), los cuales están generalmente colocados paralelamente al eje largo de la mesa. Capas de partículas se mueven a través de los rifles por la acción de arrastre de la alimentación nueva y por el flujo de la película del a gua de limpieza. La concentración final se lleva a efecto en la parte final de la mesa sin rifles, donde la capa de material tiene una profundidad de una o dos partículas. Muchos factores influyen en la concentración en una mesa, como la forma de la partícula y el tipo de tablero. Partículas planas, como la mica, livianas, no cruzan fácilmente a través de la mesa con la película de agua, este tipo de partículas se adhieren al tablero y son trasladadas al lado de los conce ntrados. Los tableros de las mesas generalmente son construidos en madera, forrados con materiales resistentes a la fricción, tales como linóleo, goma, y plásticos.

Alimentación Agua de lavado

Minerales de baja densidad Medios Minerales de alta densidad

Fig. Nº 15. Distribución de los productos de una mesa



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Agua

Rifle

Plataforma Fig. Nº 16. Estratificación vertical entre rifles También se usan tableros hechos de fibra de vidrio los cuales son más caros pero son extremadamente resistentes a l desgaste. Los r ifles en estas mesas son parte de la moldura. El tamaño de las partículas juega un papel importante para la separación en las mesas; tan pronto el tamaño de éstas aumenta, la eficiencia de separación decrece. Si la alimentación a una mesa tiene un amplio rango de tamaños, algunos tamaños serán limpiados ineficientemente. Ya que las mesas separan partículas gruesas livianas de las finas y densas, es una práctica común clasificar la alimentación, ya que los clasificadores ponen tales partículas en un mismo producto e n base a un mismo ra ngo de sedimentación (Fig. 17).

Fig. Nº 17. F lujograma típico de mesas concentradoras


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