Manual de Conminución

MANUAL DE CONMINUCION

MANUAL DE CONMINUCION

Sebastián Urrejola Pérez

Sebastián Urrejola Pérez

Ingeniero Ejecución Metalúrgico

Ingeniero Ejecución Metalúrgico

I. Introducción

I. Introducción

La reducción de tamaño de partículas es una operación necesaria en una variada gama de La reducción de tamaño de partículas es una operación necesaria en una variada gama de actividades que

actividades que incluye a las incluye a las industrias minerasindustrias mineras, metalúrgica, quím, metalúrgica, química, cemento ica, cemento y otras. y otras. ElEl objetivo que normalmente se persigue en la industria minera, es obtener un producto de un objetivo que normalmente se persigue en la industria minera, es obtener un producto de un tamaño en el cual las especies mineralógicas valiosas se encuentren liberadas y puedan ser tamaño en el cual las especies mineralógicas valiosas se encuentren liberadas y puedan ser separadas de la ganga estéril en procesos posteriores.

separadas de la ganga estéril en procesos posteriores.

Cuando las partículas de una mena están formadas por minerales individuales, se habla de Cuando las partículas de una mena están formadas por minerales individuales, se habla de partículas libres, cuando consisten de dos o más especies minerales se llaman partículas mixtas. partículas libres, cuando consisten de dos o más especies minerales se llaman partículas mixtas. El grado de liberación de una especie mineral particular es el porcentaje de partículas El grado de liberación de una especie mineral particular es el porcentaje de partículas individuales de ese mineral, que ocurren en forma libre o mixta. Liberación es la separación de individuales de ese mineral, que ocurren en forma libre o mixta. Liberación es la separación de los componentes minerales de la mena.

los componentes minerales de la mena.

Conminución es un término general utilizado para indicar la reducción de tamaño y que puede Conminución es un término general utilizado para indicar la reducción de tamaño y que puede ser aplicado sin importar el mecanismo de fractura involucrado. Entre los equipos de reducción ser aplicado sin importar el mecanismo de fractura involucrado. Entre los equipos de reducción de tamaño se incluyen, entre otros, chancadores, molinos rotatorios de varios tipos, molinos de de tamaño se incluyen, entre otros, chancadores, molinos rotatorios de varios tipos, molinos de impacto y de rodillos. Algunas máquinas de conminución efectúan la reducción de tamaños por impacto y de rodillos. Algunas máquinas de conminución efectúan la reducción de tamaños por medio de una compresión lenta, algunos a través de impactos de alta velocidad y otros, medio de una compresión lenta, algunos a través de impactos de alta velocidad y otros, principalmente, mediante esfuerzos de corte o cizalle.

principalmente, mediante esfuerzos de corte o cizalle. El rol de la

El rol de la conminución y de las conminución y de las operaciones unitarias relacionadas a ella es de gran importancia,operaciones unitarias relacionadas a ella es de gran importancia, especialmente en términos de los costos de operación, ya que estos procesos representan la especialmente en términos de los costos de operación, ya que estos procesos representan la mayor fracción de los costos totales en el procesamiento de minerales, además de que son mayor fracción de los costos totales en el procesamiento de minerales, además de que son procesos caros desde el punto de vista del

procesos caros desde el punto de vista del capital.capital.

Listado de gangas más comunes

I. Introducción

I. Introducción

La reducción de tamaño de partículas es una operación necesaria en una variada gama de La reducción de tamaño de partículas es una operación necesaria en una variada gama de actividades que

actividades que incluye a las incluye a las industrias minerasindustrias mineras, metalúrgica, quím, metalúrgica, química, cemento ica, cemento y otras. y otras. ElEl objetivo que normalmente se persigue en la industria minera, es obtener un producto de un objetivo que normalmente se persigue en la industria minera, es obtener un producto de un tamaño en el cual las especies mineralógicas valiosas se encuentren liberadas y puedan ser tamaño en el cual las especies mineralógicas valiosas se encuentren liberadas y puedan ser separadas de la ganga estéril en procesos posteriores.

separadas de la ganga estéril en procesos posteriores.

Cuando las partículas de una mena están formadas por minerales individuales, se habla de Cuando las partículas de una mena están formadas por minerales individuales, se habla de partículas libres, cuando consisten de dos o más especies minerales se llaman partículas mixtas. partículas libres, cuando consisten de dos o más especies minerales se llaman partículas mixtas. El grado de liberación de una especie mineral particular es el porcentaje de partículas El grado de liberación de una especie mineral particular es el porcentaje de partículas individuales de ese mineral, que ocurren en forma libre o mixta. Liberación es la separación de individuales de ese mineral, que ocurren en forma libre o mixta. Liberación es la separación de los componentes minerales de la mena.

los componentes minerales de la mena.

Conminución es un término general utilizado para indicar la reducción de tamaño y que puede Conminución es un término general utilizado para indicar la reducción de tamaño y que puede ser aplicado sin importar el mecanismo de fractura involucrado. Entre los equipos de reducción ser aplicado sin importar el mecanismo de fractura involucrado. Entre los equipos de reducción de tamaño se incluyen, entre otros, chancadores, molinos rotatorios de varios tipos, molinos de de tamaño se incluyen, entre otros, chancadores, molinos rotatorios de varios tipos, molinos de impacto y de rodillos. Algunas máquinas de conminución efectúan la reducción de tamaños por impacto y de rodillos. Algunas máquinas de conminución efectúan la reducción de tamaños por medio de una compresión lenta, algunos a través de impactos de alta velocidad y otros, medio de una compresión lenta, algunos a través de impactos de alta velocidad y otros, principalmente, mediante esfuerzos de corte o cizalle.

principalmente, mediante esfuerzos de corte o cizalle. El rol de la

El rol de la conminución y de las conminución y de las operaciones unitarias relacionadas a ella es de gran importancia,operaciones unitarias relacionadas a ella es de gran importancia, especialmente en términos de los costos de operación, ya que estos procesos representan la especialmente en términos de los costos de operación, ya que estos procesos representan la mayor fracción de los costos totales en el procesamiento de minerales, además de que son mayor fracción de los costos totales en el procesamiento de minerales, además de que son procesos caros desde el punto de vista del

procesos caros desde el punto de vista del capital.capital.

Listado de gangas más comunes

Listado de menas más comunes

Listado de menas más comunes

II. Mecanismos de Conminución

Ruptura de Partículas

El objeto de realizar ensayos de ruptura de partículas individuales, obedece al deseo de disponer de un método para caracterizar la dureza de un material y relacionarla con la distribución de tamaño resultante del producto.

En los procedimientos de ruptura de partículas individuales, es importante distinguir entre las diversas formas prácticas de aplicar esfuerzos al material. Aún cuando sabemos que el principal tipo de esfuerzo que lleva a la fractura es la tensión, la forma práctica de aplicarla es inducirla a través de la compresión.

Por otra parte, la forma de propagación de las grietas depende de la velocidad de aplicación del esfuerzo. En consecuencia, como el resultado de una fractura depende, en gran medida, del tipo de esfuerzo y de la velocidad de aplicación, conviene clasificar los métodos de fracturar un material en: 1) Fractura. • Compresión. • Impacto. • Cizalle. 2) Astillamiento. 3) Abrasión. Compresión

La compresión de una partícula entre dos partes sólidas es sin duda el mecanismo más importante de conminución, especialmente en trituradoras y molinos rotatorios. Desde el punto de vista fundamental, la compresión se caracteriza por una aplicación lenta del esfuerzo. La ruptura resulta de las tensiones originadas localmente en el material como consecuencia de las fuerzas compresivas.

Durante la compresión y por efecto de las tensiones tangenciales en las zonas de contacto de la partícula con las superficies sólidas, se forma en la partícula un núcleo en que se concentran los esfuerzos y por lo tanto en éste el número y magnitud de las grietas aumentan. Este núcleo otorga como resultado la formación de láminas al ocurrir la fractura. Fuera del núcleo, las grietas se propagan radialmente pero en menor cantidad, debido a lo cual se obtienen partículas de mayor tamaño en el producto.

Impacto Impacto

Se denomina impacto a

Se denomina impacto a la aplicación de esfuerzos la aplicación de esfuerzos de compresión a alta de compresión a alta velocidad. velocidad. Durante elDurante el impacto, una superficie sólida puede golpear a una partícula libre, o al contrario una partícula impacto, una superficie sólida puede golpear a una partícula libre, o al contrario una partícula puede golpear a una superficie sólida o

puede golpear a una superficie sólida o a otra partícula.a otra partícula.

Esquema de la acción de esfuerzos de i

Esquema de la acción de esfuerzos de impacto.mpacto. Cizalle

Cizalle

El cizalle es tal vez el método menos importante de aplicación de esfuerzos para la ruptura. En El cizalle es tal vez el método menos importante de aplicación de esfuerzos para la ruptura. En realidad, en la práctica el cizalle aparece como efecto secundario, cuando se aplican esfuerzos de realidad, en la práctica el cizalle aparece como efecto secundario, cuando se aplican esfuerzos de compresión o impacto.

compresión o impacto.

Esquema de la acción de esfuerzos de cizall Esquema de la acción de esfuerzos de cizalle.e.  Astillamiento

 Astillamiento

La ruptura de los cantos de una partícula, ocurrida por la aplicación de esfuerzos fuera del centro La ruptura de los cantos de una partícula, ocurrida por la aplicación de esfuerzos fuera del centro de ella, genera el mecanismo de astillamiento.

de ella, genera el mecanismo de astillamiento.  Abrasión

 Abrasión

Se produce cuando el esfuerzo de cizalle se concentra en la superficie de la partícula. Se produce cuando el esfuerzo de cizalle se concentra en la superficie de la partícula.

III.

III. Etapas

Etapas de

de Conminución

Conminución

En una planta de procesamiento de minerales, la conminución del mineral se realiza en una En una planta de procesamiento de minerales, la conminución del mineral se realiza en una secuencia de etap

secuencia de etapas. as. Esta reducción Esta reducción de tamaños ede tamaños en etapas permn etapas permite una clasite una clasificación de losificación de los equipos y

equipos y métodos empmétodos empleados. leados. En prEn primer lugar imer lugar se distse distingue entringue entre chancado e chancado y y molienda. molienda. ElEl término chancado (o trituración) se aplica a la conminución del material extraído de la mina, término chancado (o trituración) se aplica a la conminución del material extraído de la mina,

hasta partículas

hasta partículas de aproximadamente de aproximadamente 1 cm. 1 cm. Se habla Se habla de molienda de molienda para rpara referirse a eferirse a lala conminución de tamaños pequeños, de 1 cm. a 10 mm. Tanto el chancado como la molienda se conminución de tamaños pequeños, de 1 cm. a 10 mm. Tanto el chancado como la molienda se subdividen a la vez en dos o tres etapas denominadas

subdividen a la vez en dos o tres etapas denominadas primaria, secundaria y terciaria. primaria, secundaria y terciaria. Dado queDado que en algunos casos estas etapas de conminución pueden realizarse con el mismo tipo de equipos, en algunos casos estas etapas de conminución pueden realizarse con el mismo tipo de equipos, los límites entre ellas no

los límites entre ellas no son rígidos. son rígidos. Más aún, es posible que eMás aún, es posible que en algunas plantas en parn algunas plantas en particular noticular no se haga uso de todas ellas

se haga uso de todas ellas. . Así por ejemplo, una planta de Así por ejemplo, una planta de molienda semiautógena no rmolienda semiautógena no requiereequiere de chancado secundario, terciario ni molienda primaria de barras.

de chancado secundario, terciario ni molienda primaria de barras.

En el cuadro de abajo se presentan los rangos de aplicación de cada una de las etapas de En el cuadro de abajo se presentan los rangos de aplicación de cada una de las etapas de reducción de tamaños y los consumos promedio de

reducción de tamaños y los consumos promedio de energía involucrados en cada una de ellas.energía involucrados en cada una de ellas. Etapa

Etapa Sub-Etapa Sub-Etapa Rango Rango tamaño tamaño Consumo Consumo EnergíaEnergía

mm. KWH/Ton.

mm. KWH/Ton.

Primario

Primario 1000 1000 a a 100 100 0.3 0.3 a a 0.40.4 Chancado

Chancado Secundario Secundario 100 100 a a 10 10 0.3 0.3 a a 0.20.2 Terciario

Terciario 10 10 a a 5 5 0.4 0.4 a a 33 Primario

Primario 10 10 a a 1 1 3 3 a a 66 Molienda

Molienda Secundario Secundario 1 1 a a 0.1 0.1 4 4 a a 1010 Terciario

Terciario 0.1 0.1 a a 0.01 0.01 10 10 a a 3030 Rango

Rango de aplicación de cada una de las de aplicación de cada una de las etapas de reducción de tamaños.etapas de reducción de tamaños.  A

 A medida medida que disminuye que disminuye el tamaño el tamaño de partícula, de partícula, la energía la energía específica necesaria específica necesaria para para fracturarlafracturarla aumenta con mayor rapidez. Consecuentemente, las chancadoras tienen que ser grandes y aumenta con mayor rapidez. Consecuentemente, las chancadoras tienen que ser grandes y estructuralmente fuertes, mientras que los molinos deben ser capaces de dispersar energía sobre estructuralmente fuertes, mientras que los molinos deben ser capaces de dispersar energía sobre una gran área.

una gran área.

Relación Energía – Tamaño de Partícula Relación Energía – Tamaño de Partícula

Desde los inicios de la aplicación de la conminución en la industria del beneficio de los minerales, Desde los inicios de la aplicación de la conminución en la industria del beneficio de los minerales, el consumo específico de energía ha

el consumo específico de energía ha sido uno de los parámetros más relevantes y controlantes desido uno de los parámetros más relevantes y controlantes de la reducción de tamaños y granulometría final del

la reducción de tamaños y granulometría final del producto en cada etapa de conminución.producto en cada etapa de conminución.

La energía consumida en los procesos de conminución se encuentra ligada con el grado de La energía consumida en los procesos de conminución se encuentra ligada con el grado de reducción de tamaño logrado por la partícula. Sin embargo se ha demostrado que en las etapas reducción de tamaño logrado por la partícula. Sin embargo se ha demostrado que en las etapas de chancado y molienda la energía mecánica suministrada al equipo es 10 ó hasta 100 veces el de chancado y molienda la energía mecánica suministrada al equipo es 10 ó hasta 100 veces el consumo teórico de energía requerido; es decir, menos del 10% de la energía entregada al consumo teórico de energía requerido; es decir, menos del 10% de la energía entregada al equipo es utilizada efectivamente en la fragmentación de partículas.

equipo es utilizada efectivamente en la fragmentación de partículas. ¿La pregunta ahora es dónde se consume esta energía?

¿La pregunta ahora es dónde se consume esta energía? Energía suministrada para reducción de tamaño:

Energía suministrada para reducción de tamaño: - Material que se fractura

- Material que se fractura

•• Reordenamiento cristalinoReordenamiento cristalino •• Energía superficialEnergía superficial

•• Deformación elástica de las partículasDeformación elástica de las partículas •• Deformación plástica de las partículasDeformación plástica de las partículas - Maquina de conminución y ef

- Maquina de conminución y efectos inter-partículasectos inter-partículas •• Fricción entre partículasFricción entre partículas

•• Roce entre piezas de la máquinaRoce entre piezas de la máquina

•• Deformaciones elásticas de la maquinaDeformaciones elásticas de la maquina •• Efectos eléctricosEfectos eléctricos

••  Vibraciones de la instalación Vibraciones de la instalación

Lo anterior indica la importancia de establecer correlaciones confiables entre la energía específica Lo anterior indica la importancia de establecer correlaciones confiables entre la energía específica consumida en un proceso de conminución y la correspondiente reducción alcanzada en dicho consumida en un proceso de conminución y la correspondiente reducción alcanzada en dicho proceso, a objeto de determinar la eficiencia energética de los respectivos equipos, facilitar su proceso, a objeto de determinar la eficiencia energética de los respectivos equipos, facilitar su apropiada elección y proyectar su correcto dimensionamiento a escala industrial.

apropiada elección y proyectar su correcto dimensionamiento a escala industrial.

IV.

IV. Leyes

Leyes de

de Conminución

Conminución

Postulado

Postulado de de Rittinger Rittinger (1867)(1867)  Von

 Von Rittinger, Rittinger, en en 1867, 1867, postuló postuló por por primera primera vez vez una una relación relación entre entre la la energía energía específicaespecífica consumida y el cambio de superficie específica generada en las partículas durante la consumida y el cambio de superficie específica generada en las partículas durante la conminución. El postulado de

conminución. El postulado de Rittinger, o primera ley de la conminución, establece lo siguiente:Rittinger, o primera ley de la conminución, establece lo siguiente:  “La

 “La energía energía específica específica consumida consumida en en la la reducción reducción de de tamaño tamaño de de un un sólido sólido es es directamentedirectamente proporcional a la nueva superficie específica creada”.

proporcional a la nueva superficie específica creada”.

Donde: Donde:

- W es energía por unidad de volumen. - W es energía por unidad de volumen. - K 

- K _R R  es una constante. es una constante. - F Y P son

- F Y P son tamaños característicos de alimentación y producto respectivamente.tamaños característicos de alimentación y producto respectivamente.

Este postulado considera solamente la energía necesaria para producir la ruptura de cuerpos Este postulado considera solamente la energía necesaria para producir la ruptura de cuerpos sólidos ideales (homogéneos, isotrópicos y sin fallas), una vez que el material ha alcanzado su sólidos ideales (homogéneos, isotrópicos y sin fallas), una vez que el material ha alcanzado su deformación crítica o límite de ruptura.

deformación crítica o límite de ruptura. Postulado de Kick (1885)

Postulado de Kick (1885)

En el año 1874 Kirpichev y, posteriormente en 1885, Kick propusieron independientemente una En el año 1874 Kirpichev y, posteriormente en 1885, Kick propusieron independientemente una segunda teoría conocida como postulado de Kick.

segunda teoría conocida como postulado de Kick. En ella se establece lo siguiente:En ella se establece lo siguiente:  “La energía requerida para produ

 “La energía requerida para producir cambios análogos en el tamaño de cuerpos geométricamentecir cambios análogos en el tamaño de cuerpos geométricamente similares es proporcional al volumen de estos cuerpos”

similares es proporcional al volumen de estos cuerpos”

Donde: Donde:

E es la energía. E es la energía. K 

K _K K  es es una una constante.constante.

F y P son tamaños característicos de alimentación y producto respectivamente. F y P son tamaños característicos de alimentación y producto respectivamente.

                  − − = =

F

F

11

P

P

11

W

W

K

K

Esto significa que iguales cantidades de energía producirán iguales cambios geométricos en el tamaño de un sólido. Así por ejemplo, si para romper un cuerpo en dos partes equivalentes se necesita una unidad de energía, entonces para quebrar estas dos unidades en cuatro se necesitará otra unidad de energía más y así sucesivamente.

Postulado de Bond (1952)

Como los postulados de Kick y Rittinger no satisfacían todos los resultados experimentales observados en la práctica y como industrialmente se necesitaba una norma estándar para clasificar los materiales, según su respuesta a los procesos de Conminución, Bond, en 1952, postuló una ley empírica que se denominó la Tercera Ley de la Conminución.

 “La energía consumida para reducir el tamaño 80% de un material, es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de este tamaño, definiéndose el tamaño 80% como la abertura del tamiz (en micrones) que deja pasar el 80% en peso de las partículas.”

        − =

 F 

 P 

W 

1

1

10

 _K 

log

- F80, P80 son los tamaños 80% pasante de la alimentación y producto respectivamente, en micrones.

Este postulado tiene un carácter netamente empírico y su objetivo fue llegar a establecer una metodología confiable para dimensionar equipos y circuitos de conminución. Se han creado otros métodos alternativos, pero no han desplazado el uso de este postulado. El método de Bond proporciona una primera estimación del consumo real de energía para triturar y/o moler un material determinado en un equipo de conminución a escala industrial, con un error promedio de ± 20%. Sin embargo, debido a su extremada simplicidad, el procedimiento estándar de Bond continúa siendo utilizado en la industria minera para dimensionar chancadores y molinos a escala piloto, semi-industrial e industrial.

 V. Circuitos de Conminución

Considerando que la mayoría de los sistemas industriales de conminución operan en circuito cerrado con clasificadores (harneros), es que se torna imprescindible evaluar en forma conjunta el comportamiento de dichas unidades a objeto de optimizar la eficiencia global del correspondiente proceso de Conminución - Clasificación.

En la práctica, existe un gran número de combinaciones posibles a efectuar entre las distintas etapas de conminución - clasificación, apreciables a un proceso global de beneficio de minerales. De esta forma, se definen los siguientes conceptos:

 Al equipo de conminución sólo se alimenta mineral fresco, sin existir recirculación (clasificación como lo muestra la figura de abajo).

Circuito abierto de reducción de tamaño. Circuito Cerrado Directo

Se caracteriza por alimentar el mineral fresco directamente al equipo de conminución, conjuntamente con el flujo de recirculación (grueso) del clasificador, tal como se presenta en la figura a continuación.

Circuito cerrado directo de reducción de tamaño. Circuito Cerrado Inverso

El mineral fresco se alimenta primero al equipo de clasificación, traspasando sólo el flujo de recirculación (grueso) al equipo de conminución, lo que se esquematiza en la figura adjunta.

Circuito cerrado inverso de reducción de tamaño.

La incorporación de un clasificador cerrando el circuito, significa que el equipo de conminución opera a flujos másicos mayores y a tiempos de residencia menores. Si los flujos másicos de alimentación fresca y producto final del circuito se denominan Q y sí la cantidad que se recicla es T, en un circuito directo el flujo total que pasa por el equipo de conminución es Q + T y en un circuito inverso corresponde a T.

De este modo se define al cuociente (Q + T) / Q como carga circulante y se la expresa como porcentaje.

La razón T/Q = C se denomina Razónde Circulación .

El chancado es la primera etapa en los procesos de reducción de tamaño. Generalmente es una operación en seco y usualmente se realiza en dos o tres etapas, existiendo en algunos casos hasta cuatro etapas.

El chancado se realiza mediante maquinas pesadas que se mueven con lentitud y ejercen presiones muy grandes a bajas velocidades. La fuerza se aplica a los trozos de roca mediante una superficie móvil o mandíbula que se acerca o aleja alternadamente de otra superficie fija capturando la roca entre las dos. Una vez que la partícula grande se rompe, los fragmentos se deslizan por gravedad hacia regiones inferiores de la máquina y sometidas de nuevo a presiones sufriendo fractura adicional.

Las chancadoras pueden clasificarse básicamente de acuerdo al tamaño del material tratado, con algunas subdivisiones en cada tamaño de acuerdo a la manera en que se aplica la fuerza.

1. La Chancadora Primaria o gruesa trata el material que viene de la mina (run of mine), con trozos máximos de hasta 1.5 m (60 pulgadas) y lo reduce a un producto en el rango de 15 a 20 cm (6 a 8 pulgadas).

2. La Chancadora Secundaria toma el producto de la chancadora primaria y lo reduce a su vez a un producto de 5 a 8 cm (2 a 3 pulgadas).

3. La Chancadora Terciaria toma el producto de la chancadora secundaria y lo reduce a su vez a un producto de 1 a 1.5 cm (3/8 a ½ pulgadas), que normalmente va a una etapa de molienda.

En el chancado primario de minerales se utilizan principalmente chancadoras de mandíbula o giratorias. En el secundario, chancadoras giratorias o más comúnmente chancadoras de cono. Mientras que en el chancado terciario se utilizan casi universalmente chancadoras de cono.  Alternativamente, cuando existe chancado cuaternario, las chancadoras utilizadas son las de

cono.

Objetivos de Proceso

Todos los tipos de chancadoras producen reducción de tamaño. Sin embargo, ellos pueden ser usados en muchas diferentes funciones en combinación con varios tipos de harneros. Estas incluyen (en orden decreciente):

• Reducción máxima de tamaño – como preparación de la alimentación a circuitos de molienda

• Producción máxima a un tamaño específico

• Reducción de tamaños máximos para la manipulación y transporte del material  Variables Clave

Si consideramos una chancadora de mandíbulas del tipo mostrado en la figura, que corresponde a la forma más simple de un dispositivo de chancado, las variables de interés son:

• Tamaño máximo de las partículas que entran

• Tamaño máximo de las partículas que pueden ser pellizcadas

• Tamaño máximo de la partícula que puede ser descargada en cualquier momento

• Tamaño máximo de la partícula que puede ser descargada cuando las mandíbulas están abiertas tanto como es posible.

 Además dimensiones importante de la maquina son: • Dimensiones de la cámara de chancado • Open side setting

• Close side setting

• Dimensiones de los revestimientos

Diagrama esquemático de una Chancadora de Mandíbulas Para una chancadora de cono como la de la figura, uno debe incluir:

•  Varios perfiles para alimentación fina, media y gruesa.

Diagrama esquemático de una Chancadora de Cono Chancadoras Primarias

Las chancadoras primarias se caracterizan por una aplicación de fuerza con baja velocidad a partículas, que se ubican entre dos superficies casi verticales, que son convergentes hacia la parte inferior de la maquina y que se aproximan y alejan entre sí, con un movimiento de pequeña amplitud que está limitado, para evitar el contacto entre las superficies.

Como se dijo, existen dos tipos de chancadoras primarias, las de mandíbula y las giratorias. Chancadoras de Mandíbula

La característica más distintiva de este tipo de chancadoras son las dos placas que se abren y cierran como las mandíbulas de un animal. Ambas están montadas en un ángulo agudo una con respecto a la otra y aunque existen variaciones, la mayoría presenta un ángulo de 27°.

El material es alimentado entre las mandíbulas, donde es sucesivamente apretado y liberado en la medida que avanza por la cavidad entre las partículas, hasta que eventualmente cae por la abertura de descarga.

Las chancadoras de mandíbula están construidas en un bastidor en forma de caja, uno de cuyos extremos es la cámara de chancado que contiene una placa o mandíbula fija, que es en realidad el extremo de la caja y una placa movible que es empujada contra la roca con enorme fuerza. La excéntrica y la palanca que tienen una tremenda ganancia mecánica, proporcionan la fuerza bruta necesaria para el chancado. Un volante de masa periférico adecuado, proporciona el momentum necesario para mantener una velocidad casi constante durante el ciclo.

Generalmente, el bastidor de la chancadora es fabricado de acero fundido. En cambio, las mandíbulas de la cámara de chancado están equipados con revestimientos reemplazables. Éstos, que sufren casi todo el desgaste, son hechos de acero al manganeso.

Las chancadoras de mandíbula se clasifican de acuerdo al método de pivotear la mandíbula móvil. En la chancadora tipo Blake, la mandíbula es pivoteada en la parte superior y por lo tanto, tiene un área de entrada fija y una abertura de descarga variable. En la chancadora Dodge, la mandíbula tiene el pivote en la parte inferior dando un área de admisión variable, pero un área de descarga fija. La chancadora Dodge está restringida a ser utilizada en laboratorios, donde se necesita exactitud en el tamaño de las partículas y nunca se utiliza para trabajo pesado, porque se atora con facilidad.

Existen 3 tipos básicos de chancadoras de mandíbulas: • Tipo Dodge.

• Tipo Blake. • Biela Simple.

Las Chancadoras tipo Dodge son las más simples mecánicamente hablando. La mandíbula es pivoteada en la parte inferior y por lo tanto, tiene un área de entrada variable y una abertura de descarga fija. Tienen tendencia a atascarse y consumen una alta cantidad de energía, por lo que su uso está restringido exclusivamente a laboratorios, su razón de reducción puede ser 10:1 y pueden obtenerse tamaños muy finos.

Las Chancadoras tipo Blake, también llamadas de doble efecto por una mala traducción de inglés a español (double toggle=articulación doble), se caracterizan por ser de simple efecto al tener lugar en ellas únicamente fenómenos de compresión.

En este modelo, que se esquematiza en la figura de más abajo, el movimiento oscilante de la mandíbula móvil es producido por el movimiento vertical de la biela. Ésta se mueve hacia arriba y hacia abajo, bajo la influencia de la excéntrica. La placa-palanca trasera causa el movimiento lateral de la biela al ser empujada hacia arriba. Este movimiento se transfiere a la placa-palanca

frontal y ésta a su vez hace que la mandíbula móvil se cierre hacia la mandíbula fija. En forma similar el movimiento de la biela hacia abajo permite que se abra la mandíbula móvil.

 Al tener dos placas de articulación, son entre un 20 a 30% más pesadas que las de simple efecto, son por lo tanto más caras. Sin embargo, el desgaste es menor en los blindajes de las mandíbulas.

Se diferencian de las de simple efecto en que la producción es menor, el sentido de giro de la excéntrica es indiferente y el riesgo de apelmazamiento de la cámara de trituración es mayor. No son muy utilizadas debido al campo limitado que tienen y se emplean únicamente cuando el material a triturar es extremadamente duro y muy abrasivo. Nunca se utilizan en el caso de materiales plásticos.

a. Esquema de una Chancadora Doble Efecto. b- Sección Transversal de una Chancadora de Doble Efecto.

Las Chancadoras Simple Efecto o Biela Simple, llamadas así por una mala traducción de inglés (single toggle=articulación única). La verdad es que en este tipo de máquinas el efecto de reducción de tamaños es doble debido a los fenómenos de compresión y fricción.

En este tipo de chancadora la mandíbula móvil está suspendida en el eje excéntrico, lo cual permite un diseño más liviano y más compacto que la chancadora de doble palanca.

El movimiento de la mandíbula móvil es el resultado del movimiento circular del eje excéntrico, ubicado en la parte superior de la mandíbula móvil combinado con la acción de balanceo impartida a la base de la mandíbula por la placa-palanca inclinada. Este movimiento elíptico de la mandíbula ayuda a empujar la roca a través de la cámara de chancado. Por consiguiente, la máquina de palanca simple tiene una capacidad mayor que una de palanca doble de la misma boca.

En la parte superior de la cámara de chancado predominan esfuerzos de compresión, mientras que en la zona inferior se dan tanto esfuerzos de compresión como de fricción.

Este tipo de chancadoras son las más utilizadas hoy en día, debido a su mayor producción, menor apelmazamiento de la cámara de trituración frente a las de doble efecto, mayor ligereza y a su menor precio.

El tamaño de un chancador de mandíbulas viene determinado por su boca de alimentación. Así, una chancadora de 1300 x 1100 mm tiene un ancho de boca de 1300 mm y una abertura de 1100 mm.

a - Esquema de una Chancadora de Simple Efecto. b- Sección transversal de una Chancadora de Simple Efecto.

Gráfico de una Chancadora de Simple Efecto. Chancadoras Giratorias

Estas chancadoras son utilizadas principalmente para chancado primario, aunque se fabrican unidades para reducción más fina que pueden utilizarse para chancado secundario.

En este tipo de equipos los materiales a triturar se reducen por compresión, al igual que en un chancador de mandíbulas, con la diferencia de que aquí se realiza entre una pieza troncocónica que tiene un movimiento excéntrico en el interior de un espacio limitado por una pared también troncocónica pero invertida.

Este tipo de trituradoras poseen un crucero superior, que sirve de punto de suspensión del árbol pendular y que corta en dos el orificio de introducción de los materiales a triturar.

Esquema de Funcionamiento de un Chancador Giratorio.

De esta manera, la superficie con forma de tronco de cono se acerca sucesivamente a cada una de las generatrices de la pared cóncava fija, para alejarse posteriormente. Así, a la vez que se realiza el acercamiento en un punto, en el lado diametralmente opuesto se produce el máximo alejamiento entre el tronco de cono y la pared circular. Esto significa que en estos equipos siempre hay material de alimentación bajo presión, a la vez que se produce la caída de los materiales con tamaños más pequeños hacia zonas inferiores, donde tendrá lugar una nueva fragmentación para posteriormente darse la evacuación por gravedad de los materiales fragmentados.

Debido a que la chancadora giratoria reduce de tamaños las partículas durante el ciclo completo, su capacidad es mayor que la de una chancadora de mandíbulas de la misma boca y generalmente, se prefieren en aquellas plantas que tratan tonelajes grandes de material. En minas que tienen capacidades de chancado sobre 100 Tc/h se seleccionan siempre chancadoras giratorias.

Interior de una Chancadora Giratoria.

Esquema de alimentación y evacuación de una chancadora giratoria

Las chancadoras giratorias grandes, frecuentemente trabajan sin mecanismos de alimentación y se alimentan directamente por camiones. Si la alimentación contiene demasiados finos puede que sea necesario utilizar un harnero de preclasificación (Grizzly).

El tamaño de las chancadoras giratorias se especifica por la boca (ancho de la abertura de admisión) y el diámetro del manto.

Dimensiones características de un Chancador Giratorio.

 Alimentación de un Chancador Giratorio Primario Comparación entre chancadoras primarias

 Al decidir entre una chancadora de mandíbula y una giratoria para una aplicación particular, el principal factor es el tamaño máximo del mineral que deberá tratar el chancador y la capacidad requerida.

Las chancadoras giratorias en general se utilizan cuando se requiere alta capacidad. Debido a que chancan durante el ciclo completo son más eficientes que las chancadoras de mandíbulas. La chancadora de mandíbula tiende a ser más utilizada cuando la boca de la chancadora es más importante que la capacidad. Por ejemplo, si se requiere chancar material de cierto diámetro máximo, entonces una giratoria que tenga el tamaño de boca requerido tendrá una capacidad aproximada de tres veces la de una chancadora de mandíbula de la misma boca. Esto se puede apreciar comparando las áreas de las aberturas de admisión y descarga de chancadoras de igual boca.

Los costos de mantención y capital de una chancadora de mandíbula son ligeramente menores que las de una giratoria, pero éstos pueden ser compensados por los costos de instalación, que son menores en la giratoria, puesto que ocupa 2/3 del volumen y cerca de 2/3 del peso de una de mandíbula.

Las chancadoras de mandíbulas se comportan mejor que las giratorias con materiales arcillosos y plásticos, debido a la mayor amplitud de movimiento de la mandíbula. Las chancadoras giratorias han mostrado ser particularmente adecuadas para material duro y abrasivo.

La mantención de una chancadora de mandíbulas es más fácil y rápida, debido a la simplicidad de la cámara de chancado, contra una chancadora giratoria.

Chancadoras Secundarias y Terciarias

Las chancadoras secundarias son más livianas que las maquinas primarias, puesto que toman el producto chancado en la etapa primaria como alimentación. El tamaño máximo normalmente será menor de 6 ó 8 pulgadas de diámetro y, puesto que todos los constituyentes dañinos que vienen en el mineral desde la mina, tales como trozos metálicos, madera, arcilla y barro, han sido ya extraídos, es mucho más fácil de manejar. Las chancadoras secundarias también trabajan con alimentación seca y su propósito es reducir el mineral a un tamaño adecuado para molienda o chancado terciario si es que el material lo requiere.

Las chancadoras utilizadas en chancado secundario y terciario son esencialmente las mismas, excepto que para chancado terciario se utiliza una abertura de salida menor. La mayor parte del chancado secundario y terciario (chancado fino) de minerales se realiza con chancadoras de cono, aunque también se utilizan rodillos de chancado y molinos de martillo para ciertas aplicaciones.

Chancadoras de Cono

Este tipo de chancadora es básicamente una chancadora giratoria modificada. La principal diferencia es el diseño aplanado de la cámara de chancado, para dar alta capacidad y alta razón de reducción del material. El objetivo es retener el material por más tiempo en la cámara de chancado, para realizar mayor reducción de éste en su paso por la máquina. El eje vertical de la chancadora de cono es más corto y no está suspendido como en la giratoria, sino que es soportado en un soporte universal bajo la cabeza giratoria o cono.

No todos los chancadores de cono tienen crucero superior y como funcionan a velocidades superiores que las chancadoras giratorias normales, tienen el recorrido nuez-cóncavo mucho mayor. Generalmente, se utilizan como secundarios o terciarios. Sus producciones varían dependiendo del grado de reducción desde las 250 t/h a las 700 t/h.

Los chancadores de cono se especifican por el diámetro del revestimiento del cono. Los tamaños pueden variar desde 2 a 10 pies y tiene capacidades de hasta 3000 tc/h, para aberturas de salida de (2½ pulg.).

Esquema de alimentación y producto de un Chancador Giratorio de Cono.

La amplitud de movimiento de una chancadora de cono puede ser de hasta 5 veces la de una chancadora giratoria primaria. El material que pasa a través de la chancadora está sometida a una serie de golpes tipo martillo, en vez de una compresión lenta como ocurre con la cabeza de la chancadora giratoria que se mueve lentamente.

La acción de alta velocidad permite a las partículas fluir libremente a través de la chancadora y el recorrido amplio de la cabeza crea una gran abertura entre ella y el casco, cuando está en la posición completamente abierta. Esto permite que los finos chancados sean descargados rápidamente, dejando lugar para alimentación adicional.

La figura “Alimentación de un Chancador Giratorio Primario” de la página 20, muestra un esquema representativo de lo que ocurre en la cámara de chancado al entrar material.

a y b  Tamaños Máximos orientativos de Alimentación para Chancadores Secundarios. c, d y e  Tamaños Máximos orientativos de Alimentación para Chancadores Terciarios.

La descarga rápida y las características de no-atoramiento de la chancadora de cono, permiten una razón de reducción en el rango 3-7:1, pudiendo ser mayor en algunos casos.

Dependiendo de cómo se encuentre el eje con el cono, estos pueden ser suspendidos o apoyados.

Chancadoras de cono suspendido: Son aquellos que presentan un crucero en la parte superior del bastidor, donde se sujeta el eje y, como en los giratorios, el crucero recibe el material y lo reparte por la cámara de trituración.

Chancadoras de cono apoyado: También son conocidos como tipo Symons por haber sido desarrollado por los hermanos Symons en Estados Unidos, a mediados de los años 20. El eje reposa, por medio del cuerpo tronco-cónico, sobre unos cojinetes esféricos.

Las características más importantes de estos aparatos son las siguientes:

• La velocidad de rotación es mayor a la de un cono suspendido y alcanza las 250 rev/min, siendo la amplitud obtenida 5 veces superior a la realizada con un eje suspendido.

• La razón de reducción es de media 8:1, pero puede llegar a 10:1 en el caso de las chancadoras secundarias. Para las chancadoras terciarias la reducción disminuye a 2-3:1.

•  Al no haber crucero superior el cambio de piezas de trituración es más rápido y sencillo. • Como inconveniente se puede decir que es muy sensible a los materiales húmedos y cargados de finos.

Chancadoras de rodillo

Las chancadoras de rodillos o cilindros realizan la fragmentación de los materiales, entre dos cilindros que giran uno hacia el otro, alrededor de unos ejes dispuestos horizontalmente en paralelo. Los cilindros van provistos de unas camisas (es la parte de desgaste), que pueden ser lisas, acanaladas o dentadas. Existe una variante de estos molinos que son los denominados de triple rodillo, que como su nombre lo indica utiliza tres rodillos, permitiendo dos cámaras de trituración e incrementando con ello la razón de reducción de la maquina.

Esquema de una Chancadora de Cilindros Dentados.

En el caso de los molinos de cilindros lisos, los cuales se mueven a la misma velocidad, las fuerzas actúan por compresión pura. En el caso de haber una variación en las velocidades de los cilindros, a las fuerzas de compresión se sumarán las de fricción-frotamiento para los cilindros lisos y las de fricción-corte para los cilindros con estrías finas.

En los molinos de cilindros dentados, las acciones principales derivan del cizallamiento, de la percusión y, de manera mucho más destacada, de la compresión.

Ejemplos de diferentes tipos de Dientes y Picas para Chancadoras de Cilindros Dentados. Una variante dentro de este tipo de molinos es el molino de cilindro y mandíbula, que consiste en un cilindro revolver dentado y una placa estacionaria de trituración cóncava soportada de una fuerte y pesada estructura de acero.

Chancadora de Rodillo y Mandíbula.

Los cilindros se utilizan casi únicamente para materiales poco abrasivos donde se necesita una producción regular y una mínima producción de finos

El proceso de chancado puede ser considerado como un flowsheet describiendo un simple y repetitivo ciclo de eventos. La alimentación fresca que entra a la chancadora es primero  “clasificada”. El material muy fino se reporta directamente al producto, sin presentarse fractura. El material muy grueso se reporta directamente a la fractura. Los tamaños intermedios se reportan a la fractura, con una probabilidad que aumenta con el aumento de tamaño. Después de producirse la fractura, el proceso de clasificación se repite, los finos se reportan al producto y el material que aún es muy grueso se fractura, sucesivamente. El proceso se ilustra en la figura que sigue.

Concepto de Clasificación y Fractura en una chancadora

Por conveniencia matemática, este cuadro puede ser llevado a un circuito cerrado como se indica a continuación:

Representación esquemática del modelo de la Chancadora

El modelo de la chancadora es considerado en notación vectorial. Cada flujo es descrito como un vector de fracciones de tamaños de partículas, desde los tamaños gruesos hasta los tamaños finos. La Clasificación puede ser representada por una matriz cuadrada donde los elementos de la diagonal corresponden a la función de clasificación. La fractura puede ser representada por una matriz triangular inferior.

Si la chancadora es considerada como un proceso de fractura paso a paso, entonces puede ser modelado en términos de un balance de masa en estado estacionario.

Las ecuaciones de balance de masa en estado estacionario pueden ser escritas alrededor de cada nodo como sigue:

BCx

f 

Cx

 p

x

=

+

Donde:

x Vector que representa la cantidad en cada fracción de tamaño que entra a la chancadora

f Vector de la distribución de tamaño de la alimentación p Vector de la distribución de tamaño del producto

C La función Clasificación, una matriz diagonal que describe la proporción de partículas en cada intervalo de tamaño seleccionado que entra a la zona de chancado

B La función de distribución de fractura, una matriz triangular inferior que entrega la distribución relativa de cada fracción de tamaño después de la fractura

Combinando las ecuaciones anteriores obtenemos la siguiente ecuación del modelo de la chancadora:

f 

BC)

C)(I

(I

 p

−

−

=

La clasificación o selección de las partículas para la fractura en la chancadora es principalmente dependiente del tamaño de la partícula, aumentando la probabilidad de selección para fractura para todas aquellas partículas mayores que el Open Side Setting de la chancadora.

La selección puede ser descrita por la función, ver figura:

K1

x

0.0

C(x)

=

<

K2

x

K1

K1

-K2

x

-K2

-1.0

C(x)

<

<









=

K2

x

1.0

C(x)

=

>

 Así K1 es interpretado como el tamaño bajo el cual todas las partículas se reportan directamente al producto. K2 es el tamaño sobre el cual todas las partículas se reportan a fractura. K3 describe la forma de la función de clasificación definiendo la probabilidad de los tamaños intermedios de reportarse a la fractura. K1, K2 y K3 son los parámetros de modelo los que son determinados mediante una técnica de ajuste no-lineal, y luego relacionados a las condiciones de operación por regresión lineal múltiple. Se ha encontrado que en un amplio rango de casos de estudio K3 puede ser mantenido constante en un valor de 2.3

Modelamiento de las Funciones de Clasificación y Fractura

Para la utilización de el modelo de la chancadora para predecir el tamaño del producto, se deben encontrar los valores de las contentes K1-K3 en la función de Clasificación y la función de fractura B.

K3 es constante, generalmente en un valor de 2.3. K1 y K2 son dependientes del tamaño de la alimentación, capacidad de procesamiento y de las características de los liners y están descritos por la siguiente ecuación:

4 3 2 1 0

CSS

A

TPH

A

F80

A

LLEN

A

A

K1

=

+

+

+

+

CSS

B

TPH

B

F80

B

LHR 

B

ET

B

B

K2

=

−

+

+

+

+

2.3)

nte

(generalme

C

K3

=

CSS Close Side Setting (mm) TPH Procesamiento (seco t/h)

F80 Tamaño 80% pasante de la alimentación (mm) LLEN Largo de los liner (mm)

LHR Edad liner (horas) ET Tiro (mm)

K1 y K2 tienen a menudo una débil dependencia del grosor de la alimentación, F80. El factor, F80 es también dependiente de la aplicación, esto es, será influenciado por el perfil de los revestimientos (liner), la pendiente efectiva de los revestimientos, del close side setting y del boquete de alimentación.

Incluso con un buen control de la alimentación, los revestimientos (liners) de las chancadoras de cono se desgastan rápidamente. El perfil de los revestimientos (liners) es también un factor importante, con influencias sobre la potencia, capacidad y tamaño de productos. Para modelamiento detallado, es útil incluir factores adicionales para horas de operación y características de los revestimientos (liners).

Se encontró que K1 aumenta (crece) con el largo de los revestimientos (liners). Esto fue interpretado como una mejora en la clasificación interna, permitiendo que más partículas finas se reporten directamente al producto.

Se encontró que K2 decrece con el desgaste de los revestimientos (liners), de esta manera aumenta la selección de partículas gruesas para la fractura. El efecto fue atribuido a un aumento en el largo de la zona de chancado debido al desgaste de los revestimientos (liners). La simulación muestra que esto puede resultar en un aumento de la producción de producto final.

En la práctica, hacia el final de la vida útil de los revestimientos (liners), la potencia máxima que puede ser lograda disminuye y por lo tanto la productividad de la chancadora cae.

Circuitos de Chancado

Por lo general la planta de chancado produce un material adecuado para alimentar un molino, ya sea de barras o bolas. De esta forma, el propósito es lograr un producto lo más fino posible de la planta de chancado, debido a que los costos de chancado son considerablemente menores que los costos de molienda convencional. Para lograr el grado de reducción deseada del material normalmente, es necesario utilizar varias etapas de chancado.

 Aún cuando una chancadora tiene la capacidad de alcanzar una alta razón de reducción, normalmente es más eficiente hacer funcionar la chancadora con una abertura de salida ajustada a un valor medio, en vez de escoger la posición más cerrada, que ofrece la razón de reducción más alta. La principal consideración en cada etapa de chancado para maximizar la producción, es el uso eficiente de la energía.

Hay una abertura óptima de salida para cada chancadora y un número óptimo de etapas de chancado, requeridos para maximizar la producción basado en las características individuales del material en tratamiento. Sobrecargar la chancadora no aumenta la producción sino, todo lo contrario, es contra-productiva y disminuirá la vida útil de los componentes de la chancadora. Idealmente, el tamaño más grande de la alimentación debería recibir 4 a 5 impactos durante su paso a través de la cámara de chancado. Esto es una combinación de reducción en la parte superior del revestimiento como también en la zona paralela. La chancadora debería alimentarse de modo de operar cerca de su capacidad máxima en términos de potencia. Operar la chancadora con una abertura de salida demasiado estrecha disminuye su capacidad y produce alto desgaste. Una abertura muy ancha, en proporción al tamaño máximo de alimentación impedirá el chancado en la zona superior y desarrollará excesivo consumo de potencia. La potencia consumida por tonelada de alimentación al chancador no es en sí misma una medida de productividad. El uso eficiente de la potencia, a través de aplicación apropiada de la cavidad con respecto a los requerimientos de la alimentación y del producto, determinará la producción óptima por HP consumido.

En la descripción dada anteriormente se vio que cada tipo de chancadora tiene diseñado su propio grado de reducción. El rango de tamaños de alimentación y producto, para cada etapa de chancado se superponen en cierta medida con los de las etapas anteriores y sucesivas. Esto permite cierta flexibilidad en el ajuste de cada etapa, para obtener una producción óptima del sistema completo.

El harneado es también de gran importancia para el éxito del circuito de chancado. No es solamente el chancado del mineral, sino la extracción del tamaño apropiado para alimentar a los molinos lo que hace el circuito completo. La cantidad de harneros vibratorios y la utilización completa del área total que ellos tienen, es un factor importante para producir el tamaño y tonelaje adecuado para alimentar la molienda.

Generalmente, la planta de chancado fino (secundario y terciario) se encuentra ubicada en forma separada de la chancadora primaria y con una instalación de almacenamiento de mineral entre ambos. La operación de la planta de chancado fino es en gran medida independiente del funcionamiento de la chancadora primaria.

El objetivo principal es obtener máxima eficiencia en este tipo de operación. La eficiencia se mide por el trabajo de reducción de tamaño efectuado en el mineral por unidad de tiempo y por el tonelaje tratado y el grado de reducción alcanzado.

Para alcanzar el trabajo de reducción máximo, cada chancadora debe mantenerse trabajando a plena capacidad. La capacidad puede estar limitada volumétricamente en el caso de minerales blandos y por la energía que puede entregarse al mineral, en el caso de minerales duros.

El uso de mecanismos hidráulicos, para chequear y controlar las aberturas de salida de las chancadoras desde una sala de control central, proporciona al operador un medio para mantener la eficiencia global del circuito.

 VII. Molienda

El objetivo de los procesos de molienda es la reducción del tamaño de los materiales, de modo de liberar aquellas especies minerales útiles que se encuentran dispersas en una gran masa, la que generalmente carece de valor comercial. Esta etapa requiere una gran inversión de capital y frecuentemente es el área de máxima utilización de potencia y de materiales resistentes al desgaste de una planta.

La molienda se realiza habitualmente en cilindros rotatorios que utilizan diferentes medios moledores, los que son levantados por la rotación del cilindro, para fracturar las partículas minerales por medio de la combinación de diferentes mecanismos de molienda tales como:

- Impacto: La fragmentación se consigue por golpes y rebotes. El producto resultante es grueso y, con frecuencia, de tamaño crítico.

- Fricción, Presión y Cizallamiento: La molienda se logra cuando las partículas más pequeñas son apretadas o cizalladas entre partículas grandes y por la presión de la molienda .

- Erosión, Desgaste Superficial: Las partículas de tamaño grande y medio se reducen por desgaste superficial.

Los medios de molienda pueden ser el mismo mineral, medios no-metálicos naturales o manufacturadas y medios metálicos manufacturados.

Habitualmente se habla del término molino rotatorio, lo que involucra a molinos de barras, molinos de bolas, molinos de pebbles y molinos autógenos. El molino rotatorio posee una forma cilíndrica ó cónico-cilíndrica, que rota en torno a su eje horizontal. La velocidad de rotación, el tipo de revestimiento y la forma y tamaño de los medios de molienda son seleccionados para proveer las condiciones deseadas de operación para cada aplicación específica de molienda. La clasificación de los molinos rotatorios está basada en el tipo de medios de molienda utilizados, la razón largo-diámetro y el método de descarga.

Molino de Barras

Su propósito principal es la reducción de tamaño y liberación mineralógica, ocasionalmente también es usado como un reactor químico. Los molinos de bolas y barras dominaron la molienda hasta mediados de 1970, en ese punto los molinos AG y SAG comenzaron a utilizarse como alternativa a la molienda gruesa. Los molinos de barras tienen limitaciones de tamaño inherentes dadas las necesidades de mantener los medios de molienda paralelos.

Los molinos de barras proporcionan una efectiva clasificación interna del mineral, las partículas mayores a un cierto tamaño serán, por lo general, totalmente eliminadas. Si no los son, las

barras se sobrecargarán y se enredarán. Los molinos de barras están bien situados en la reducción del producto del chancado secundario (P80  cercano a 25mm) a la alimentación del

molino de bolas (P80 de 1-2mm).

Debido a la inclusión de la molienda SAG/AG, los molinos de barras son ahora poco comunes en las plantas concentradoras existentes.

Descripción del proceso

Los molinos de barras son cilindros que rotan sobre su eje horizontal (figura), mineral y agua son alimentados en uno de los extremos y descargados por el otro. La descarga puede ser efectuada por diversos métodos, siendo el más común la descarga por rebalse.

El medio de molienda utilizado son barras de acero, las que son de gran tamaño y peso, y por lo tanto no pueden ser llevados fuera del molino por los flujos de pulpa. La descarga de un molino bolas y barras es a menudo ajustada con un harnero o trommel cilíndrico con el propósito de proteger el proceso aguas abajo de partes de barras de acero o bolas que puedan abandonar el molino.

La mayor parte de la clasificación de partículas ocurre dentro del molino y las aperturas del trommel (típicamente 3-10mm) tienen un efecto menor en el tamaño del producto (clasificación).

Molino de Barras visto exteriormente.  Variables Clave

Tamaño de las Barras y Potencia

Debido a las dificultades prácticas en la obtención de barras de más de 6 a 7 m de longitud, los molinos de barras están limitados a este largo. Para mantener las barras paralelas, se usa una razón de 1.2 a 1.6 entre el largo de las barras y el diámetro del molino.

El efecto total de esta restricción es un límite máximo en la potencia del orden de 1MW. La forma de la carga del molino de barras es más constante que la de un molino SAG/AG y puede ser calculada usando la siguiente ecuación:

(

6.3

5.4

V

)

fCs

D

1.752

kW

=

⋅

−

⋅

Kwr kiloWatts por tonelada de barras D Diámetro interior del molino (m)

 Vr Fracción del volumen del molino cargado con barras fCs Fracción de velocidad critica

 Velocidad del molino

Como en otros molinos (Bolas, AG/SAG), la velocidad del molino es expresada como la fracción (o porcentaje) de la velocidad a la cual la carga del molino en la superficie de los revestimientos centrifugaría, esto es, fuerzas centrifugas igualan a las gravitacionales.

La velocidad crítica en Cs en revoluciones por minuto está dada por:

RPM

D

42.3

C

=

Donde D es el diámetro del molino en metros. Medios de Molienda

El nivel de carga esta expresado como la fracción del molino ocupada por los medios de molienda después de 5-10 minutos de molienda (sin material).

Las barras nuevas varían su diámetro entre 25 a 150mm. Una barra ideal mantiene geométricamente derecha hasta que el desgaste llega a 10-20% de su diámetro original y entonces se fractura en 2 secciones cortas (100-150mm) las que pueden abandonar el molino. Las barras disminuyen su diámetro en función del tiempo en una proporción aproximadamente lineal. Allis Chalmers desarrollo una función empírica para la selección del tamaño (diámetro) de las barras. Esta correlación está definida de la siguiente manera:

(

)





 

 





 

 

_⋅

=

3.281D

%C

sg

WI

160

F

R 

sg Gravedad especifica del mineral de alimentación %Cs Porcentaje de velocidad critica

D Diámetro entre los revestimientos (m)

Minerales que sean más duros por unidad de volumen (WI*sg), y gruesos, requerirán de barras más largas. Molinos de diámetros mayores operando a altas velocidades pueden usar barras de tamaños menores, debido a que mas levantotes (lifters) permiten a las barras pequeñas proporcionar la energía necesaria para la fractura.

El manejo de las barras no es un problema trivial. Las barras son pesadas y cualquier manejo manual puede provocar serios riesgos y daños al operador. La solución consiste en un sistema automatizado de carga de barras, el problema es que este puede utilizar inclusive más espacio que el mismo molino.

Configuraciones de Circuitos

Los molinos de barras casi siempre son operados en circuito abierto, alimentándose a partir de la descarga de un circuito de chancado y entregando su producto a un circuito de molienda de bolas.

Molino de Bolas

Los molinos de bolas son la forma más común de molinos, probablemente porque ellos trabajan con eficacia en distintos rangos de operación, esto es, desde unidades pequeñas (pocos watts) de laboratorio, hasta unidades de gran tamaño de orden industrial de 10-12 MW. Los molinos de bolas son usados en molienda primaria con un tamaño de alimentación sobre los 200mm, también en la molienda secundaria y terciaria e incluso operaciones de remolienda de productos finos.

En el ultimo siglo los molinos de bolas se han crecido de manera constante, durante la década de 1950-1960 los molinos de bolas de largos diámetros dominaron la molienda primaria. Sin embargo, desde mediados de los 1970, los circuitos de chancado y molienda de bolas han sido casi completamente suplantados por circuitos AG/SAG relegando a los molinos de bolas a la molienda secundaria.

Descripción del proceso

Los molinos de bolas son cilindros que rotan sobre su eje longitudinal, como se muestra en la figura. Al molino son alimentados tanto mineral como agua en un extremo y luego descargados por el extremo opuesto.

Corte esquemático de un molino de bolas.

Hay dos tipos principales de molinos de bolas, dependiendo de cómo se descarga la pulpa desde ellos. El molino por rebalse (overflow) es aquel que tiene en la descarga un orificio de salida más grande que el de la alimentación, produciéndose un gradiente hidráulico que conduce a la pulpa a través del molino. Los molinos que descargan por parrillas tienen una parrilla interna y levantadores de pulpa en la zona de descarga (como los molinos AG/SAG), este tipo de molinos funcionan con un nivel de pulpa menor que los molinos que descargan por rebalse.

Generalmente se monta un trommel en la zona de descarga del molino para remover las bolas.  Variables Clave

Tamaño de Bolas del molino y Potencia

Los molinos de bolas trabajan con un amplio rango de razones largo – diámetro, con razones de 1-1.5 siendo los más comunes; también se observan razones de 1:3 hasta 3:1.

Los molinos de bolas pueden ser usados sobre un muy amplio rango de tamaños, desde molinos de laboratorio de 200mm x 200mm (pocos watts de potencia) hasta molino gigantes de 6m de diámetro por 9 m de largo con potencias de 10-12MW. Son pocos los procesos que pueden cubrir más de 6 órdenes de magnitud!

Carga de Bolas y Velocidad del molino

Estas son expresadas de la misma forma en todos los molinos rotatorios. La carga de bolas corresponde a la fracción de área transversal después de moler durante 10-15 minutos (sin alimentar mineral). Esto es equivalente a un 40%. La carga de bolas comúnmente se sitúa en un 35 a 45%.

La velocidad del molino se expresa como la fracción (o porcentaje) de la velocidad a la que la aceleración centrifuga se hace igual a la aceleración gravitacional (denominada velocidad crítica, Cs):

RPM

D

42.3

C

 =

Los molinos de bolas son a menudo operados más lentamente a tamaños mayores. Sin embargo, incluso para molinos grandes, la molienda máxima ocurre a un 80% de la velocidad crítica.

Tamaño y forma de los medios de molienda

Minerales duros y alimentaciones de tamaños gruesos requieren altos niveles de energía y por lo tanto medios de molienda (bolas) de mayor tamaño. La molienda fina necesita una gran área superficial de medios de molienda y por lo tanto el tamaño del medio de molienda (bolas) debe ser menor.

La forma del medio de molienda puede ser alterada por patrones de desgaste, la calidad de las bolas, o el uso deliberado de formas con mayor área superficial. Las bolas que se fracturan o se astillan indican solo una pobre fabricación o mala calidad de la bola.

Para molienda fina, los medios de molienda con una forma en que se máxime el área superficial por unidad de masa producirán un mayor grado de molienda, por lo que bolas de menor tamaño muelen mejor en tamaños más finos.

Interior de un molino de bolas. Configuraciones de Circuitos

Los molinos de bolas no son clasificadores eficientes y en su mayoría son usados en circuito cerrado. Una excepción es la molienda primaria de bolas seguida por un circuito de molienda secundario en circuito cerrado. Además para molinos de bolas hay sólo dos configuraciones de interés práctico:

• Molino de Bolas – Ciclón • Ciclón – Molino de Bolas

Izq. Circuito Molino de Bolas – Ciclón, Der. Circuito Ciclón – Molino de Bolas

El circuito Molino de Bolas – Ciclón es casi siempre mejor para molienda primaria, porque el clasificador (ciclón) está protegido por el molino de bolas de las partículas de tamaño más grueso.

El circuito Ciclón – Molino de Bolas es una practica común para el tratamiento del producto de un molino de barras o un molino AG/SAG, o un molino de bolas primario.

Modelamiento del Molino de Bolas

Consideremos el molino de bolas como un tanque perfectamente mezclado. Entonces podremos describir el proceso en términos de

• Transporte a través del molino • Fractura dentro del molino

f, s y p son vectores de distribuciones de tamaño en unidades de t o t/h: f es un vector de la

 Alimentación s es un vector de losContenidos p es un vector del producto f 1grueso (t/h) s1grueso (t/h) p1 grueso (t/h)

f 2 intermedio (t/h) s2intermedio (t/h) p2 intermedio (t/h)

f 3fino (t/h) s3fino (t/h) p3fino (t/h)

• • •

• • •

• • •

f n muy fino (t/h) snmuy fino (t/h) pn muy fino (t/h)

f n+1submalla (t/h) sn+1submalla (t/h) pn+1submalla (t/h)

Como el molino está perfectamente mezclado, una velocidad de descarga, di, define al producto como sigue:

i i

i

d

s