Flotación de minerales

Generalidades

Se define la flotación como un proceso de concentración de minerales en el cual se procura separar las partículas de menas útiles de estériles o gangas, mediante un tratamiento físico químico que modifica su tensión superficial para lograr que burbujas de aire finamente divididas se adhieran a las primeras y las enriquezca en una espuma.

En vista de esta última característica, este proceso recibe también el nombre de flotación de espuma (froth flotation) . Tiene sobre otros procedimientos de concentración, puramente físicos, la ventaja de:
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Concentración de minerales

Definición, fundamentos y justificación


Los procesos de concentración tienen por objetivo enriquecer las menas o especies mineralógicas económicamente útiles de un mineral, mediante eliminación de los componentes estériles, o ganga, y separarlas entre si, si se presentan en asociación, utilizando para ello propiedades físicas características de
los minerales.

La especies .enriquecidas por dichos medios. Físicos, constituyen los concentrados, que serán a su vez materia prima de los procesos químicos en que se producirán los elementos útiles (normalmente metales, pero también materiales no metálicas en forma pura.

El concentrado es por consiguiente, un producto intermedio entre el estado natural del mineral, y el producto puro, utilizable comercialmente. Para separar físicamente la ganga estéril de las menas útiles, y varias menas asociadas entre si, es necesario que las propiedades físicas que presentan las menas y la ganga sean diferentes para los diferentes componentes del mineral, de manera que se establezca una "gradiente" lo suficientemente elevada para asegurar una separación que sea:
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Dimensionamiento de hidrociclones


Por muchos años los hidrociclones han sido referidos simplemente como ciclones y son ampliamente utilizados en circuitos de molienda para hacer la clasificación de partículas. El rango de trabajo de los ciclones está entre 40 a 400 micrones, son muy pocas las aplicaciones en tamaños más finos que 5 u más gruesos que 1000u. Los ciclones se usan con gran ventaja en circuitos de molienda primaria, secundaria y de remolienda.
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Clasificación de partículas: Tipos

Por su aplicación, comúnmente se conocen dos tipos de clasificadores:

Clasificadores mecánicos

Emplean la fuerza gravitatoria (sedimentación obstaculizada libre) El mecanismo de extracción de arenas gruesas (u/f) se da en forma continua: RASTRILLOS/ESPIRALES
El Área requerida de sedimentación: es función de la densidad granulometría y concentración de sólidos en la pulpa. Se determina por la ecuación:
 La capacidad de transporte mecánico es función del diseño y la velocidad y la inclinación del fondo.

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Clasificación humeda

Generalidades


Se denomina clasificación, a la separación de un conjunto de partículas de tamaños heterogéneos en dos porciones, cada una conteniendo partículas de granulometría u otra propiedad más especifica que el conjunto original. La clasificación se realiza por diferencias de tamaño y de gravedad especifica que originan diferentes velocidades de sedimentación entre las partículas en un fluido (agua o aire), cuando sobre ellas actúan campos de fuerzas como el gravitatorio u otros. Se distingue del tamizado por que éste utiliza exclusivamente el tamaño de las partículas.


Curva de partición de un clasificador

En forma ideal un clasificador deberá separar una mezcla original de partículas en dos porciones; una de partículas gruesas de tamaño mayor a un cierto valor al que se llamará d50. Este valor de d50 sería el tamaño de las partículas que tendrían la misma posibilidad de ir a la fracción gruesa (descarga) o a la fina (rebose) y será denominado en adelante como el tamaño de corte del clasificador.

Para casos prácticos, ocurre que partículas finas menores al d50, pasan a la fracción gruesa y viceversa. Una forma de determinar cuan alejado del comportamiento ideal opera un clasificador, es mediante la determinación de su curva de partición, llamada también curva de Tromp, que resulta de graficar el tamaño promedio de un rango de tamaños de partícula versus el porcentaje en peso de partículas de este rango de tamaños que pasan a la descarga del clasificador en relación al total de partículas del mismo rango de tamaños alimentadas al clasificador. Por ejemplo, si del alimento total a un clasificador, 10 ton/h corresponden a partículas comprendidas entre los 105 y 150 micrones (- 100m + 150m) y de éstas, 7 ton/h pasan a la descarga luego de la clasificación, el punto de la curva de partición para este rango de tamaño estará definido por la abcisa micrones, que representaría el tamaño promedio de las partículas y por la ordenada 


El conjunto de puntos  . El conjunto de puntos x= D (x) calculados para todos los rangos de tamaños alimentados al clasificador originará la curva de partición. A continuación se detalla la secuencia que se deberá seguir para su determinación.
Se toman muestras del alimento, rebosa y descarga del clasificador. Luego se determina los valores de f(x) (porcentaje en peso retenido de un análisis granulométrico) para cada muestra.

Si F, R y D son los tonelajes horarios de sólidos del alimento, rebose y descarga el porcentaje en peso de partículas de tamaños comprendidos entre xm (tamaño máximo del rango) y xf (tamaño menor del rango), representados por un tamaño promedio , que pasan del alimento a la descarga, estará dado por:

De forma similar, el porcentaje de partículas de tamaño x que pasará del alimento al rebose será:



La curva 1 es la denominada curva de partición de un clasificador o una curva Tromp y en ella se muestra que al aumentar los tamaños promedios de partículas (x) tenderán a pasar a la descarga o UF (mayores valores de E).
La escala logarítmica en las abscisas se usa por comodidad, ya que los valores de (x) van generalmente desde los 5 micrones (análisis granulométrico por sedimentación, ciclosizer o pipeta andresìana) y Se extiende hasta mas de 1000 micrones.




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Circuitos de molienda SAG


La molienda se realiza en varias etapas involucrando molinos de barras, bolas y  autógenos en algunos casos. Es poco habitual moler el mineral en una sola etapa para obtener los rangos de tamaño necesarios en el proceso de concentración subsiguiente ya que los consumos energéticos resultan mucho más altos que cuando se reduce de tamaño en varias etapas.

Circuito abierto: Cuando el mineral para a través de los molinos sin una etapa de clasificación paralela.

Circuito cerrado: Cuando el molino trabaja con un clasificador cuyo producto grueso retorna de nuevo al molino, mientras que el fino pasa directamente a la etapa siguiente.
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Carga circulante en molinos


Resulta el material grueso retornado al molino y clasificado por el hidrociclón u otro clasificador mecánico (fig. 6.9). Su peso expresa como porcentaje del peso de la nueva alimentación.

La carga circulante óptima para un circuito particular, depende de la capacidad del clasificador y su valor oscila, por lo general entre 100 - 350% aunque puede ser tan alta como 600%.
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Parámetros que afectan el funcionamiento de un molino

Toda molienda se reduce a administrar y controlar correctamente las variables. Estas variables se pueden controlar por:

El sonido de las barras o bolas en el molino

Este sonido nos señala la cantidad de carga dentro del molino y debe de ser ligeramente claro. Si las bolas hacen un ruido muy serio es porque el molino esta sobrecargado, por exceso del carga o poco agua. Si el ruido es excesivo es porque el molino esta descargado o vacío por poca carga o exceso de agua.

La densidad de la descarga del molino

Es también una manera de controlar las variables agua y carga El porcentaje de sólidos en la molienda debe de mantenerse cerca del 67%, equivalente a 2500 – 3500 g/L de densidad.
molino planta concentradora

El amperaje

Mediante el amperímetro, que es un aparato eléctrico que está conectado con el motor eléctrico del molino. Su misión es señalar cual es el amperaje o consumo de corriente eléctrica que hace el motor. El amperímetro debe de marcar entre determinados límites, por lo general en los molinos.

Blindajes: (conocidos también como forros o chaquetas).

El interior de los molinos está revestido con placas de blindaje. Existen diferentes formas de placas de blindaje para aumentar el rendimiento del molino, la regularidad de la molienda, disminuir el desgaste, así como el consumo de energía por tonelaje producida. Los materiales empleados en la fabricación de los blindajes depende esencialmente del tipo de material que se va a moler y a las condiciones en las que se va a moler.

La importancia de los choques aumenta con al dimensión de los cuerpos moledores, el diámetro del molino, la velocidad de rotación, mientras que un fuerte coeficiente de relleno disminuye la intensidad.
El desgaste de los cuerpos moledores y de los blindajes es hasta 15 veces más elevado en el ambiente húmedo que en el ambiente seco.

De una manera general los materiales destinados a la molienda debe estar provistos para resistir a la abrasión sobre choques repetidos, no deben de romperse ni deformarse.
Actualmente se fabrican y utilizan blindajes de goma o jebe con o sin estructura metálica interna. Las experiencias realizadas con éste tipo de blindajes demuestran una mayor duración o resistencia a la abrasión con respecto a los blindajes metálicos.

Cuerpos moledores

En los molinos de bolas, los cuerpos moledores son bolas generalmente esféricas. En la fabricación de bolas intervienen una serie de aleaciones, siendo el material base el acero al carbono. A éste se le agrega Ni, Cr, Mo, V, con el objeto de aumentar alguna propiedad específica como puede ser dureza, permeabilidad, etc. La determinación del tamaño adecuado de las bolas se hace de acuerdo a pruebas en planta porque estás dependen mucho del material a moler y el producto a obtener.

Porcentaje de solidos en las pulpas

En la molienda húmeda, la humedad de molienda es máxima cuando el porcentaje de los sólidos en la pulpa alcanza a 75 - 80% para los molinos de bolas y 70% para los molinos de barras.

Si la pulpa es espesa, los cuerpos moledores son envueltos en mineral, lo que aumenta la capacidad de molienda, si por el contrario la pulpa es diluida, los cuerpos moledores no son cubiertos por mineral y la molienda es menos selectiva.
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Variables de operación de un molino

Son los factores que al regular éstos determinan una mayor capacidad en el molino.
Estas variables son las siguientes:

Carga de mineral

La alimentación de mineral a los molinos debe de ser en cantidad constante (pasa), para tal efecto los alimentadores de mineral deben de cumplir con esta función, además, en casi todas las plantas existen balanzas automáticas que registran el peso de mineral alimentado a los molinos, van acumulando éstos para referirlo al tratamiento diario. La alimentación de mineral a los molinos debe de cumplir la regularidad en tamaño, es decir, que el tamaño de las partículas de mineral alimentado al molino, una vez determinado éste (que debe ser el más apropiado para el tipo de mineral), se debe de cumplir con alimentar el mineral a ese tamaño. Ejemplo: 20%+Malla 65. La carga de
mineral se controla realizando los análisis de malla del mineral que se alimenta al molino y del producto de éste, es decir, de la descarga. La alimentación de carga se controla a un molino se debe procurar que sea la máxima posible. Es por eso que si entra al molino muy poca carga, habrá pérdida de tonelaje y se gastarán inútilmente cuerpos moledores y blindajes; si por el contrario, entra demasiada carga de mineral, el molino se sobrecargará y al descargarlo se perderá tiempo y tonelaje.

Zona de carga molinos

Fig. 7 Ilustración del movimiento de la carga de un molino
operando a velocidad normal

Alimentación de agua


Esta variable se controla tomando la densidad de descarga de los molinos, esta densidad debe de estar entre ciertos limites, si ésta es demasiado baja quiere decir que en el molino hay una mayor cantidad de agua que la requerida, por lo tanto el molino no muele ya que las partículas de mineral tienen una mayor velocidad de desplazamiento saliendo la pulpa con mucha rapidez y así no le permite al molino entregar un producto de las especificaclones en malla requerida; cuando hay muy poco agua quiere decir que la densidad es muy alta, tal que la carga avanza muy lentamente en el molino perdiendo capacidad lo que motivará estar más bajo de los normal. Por otro lado cuando la alimentación de agua es deficiente el barro se vuelve muy espeso alrededor de las bolas o barras impidiendo buenos golpes porque el barro los amortigua, por lo tanto no habrá buena molienda.

Carga moledora


Esta carga está dada por la carga inicial recomendada en los catálogos del fabricante y para la carga diaria, por los datos estadísticos de operación de cada planta, para la alimentación en el tamaño de bolas, diámetro de las barras. Juegan un papel importante la estadística de la carga diaria y de los análisis granulométricos que se realizan en laboratorio experimental. El consumo de los cuerpos moledores en una planta está dado en función al tonelaje tratado, a la dureza del mineral, al tamaño de la carga de mineral alimentado y ala finura de la molienda, o sea, al producto de la malla a la que se quiere llegar.
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Molienda torre Verti Mill

El molino torre fue desarrollado para satisfacer necesidades específicas de una eficiente molienda fina. Como ya se ha analizado en el desarrollo de este curso, el impacto y la abrasión constituyen dos mecanismos extremos de fracturas presentes en todo sistema de molienda, que operan en alguna proporción definida por las condiciones de diseño y operación de cada equipo en cuestión.

En general, el mecanismo de impacto es eficiente para la molienda gruesa, mientras que la abrasión�atrición es adecuada para la generación de productos muy finos; para estas últimas aplicaciones el molino de torre constituye una alternativa interesante de considerar.
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Molinos autógenos y semiautógenos

Molinos autógenos (o semiautógenos): se caracterizan por una relación largo/diámetro de 0,521, basada en el gran diámetro requerido para aumentar el efecto de “cascadeo” de los trozos grandes de mineral que intervienen en el proceso de molienda.

molienda SAG


La molienda autógena puede definirse en forma general, como un método de reducción de tamaño en el cual los medios moledores están formados principalmente por trozos de la mena que se procesa. Si los pedazos de roca utilizados como medio moledor son trozos redondeados que han sido seleccionados de una etapa de molienda previa, entonces se habla de molienda por guijarros (o pebbles). En algunos casos, se agregan bolas de acero para mejorar la acción de la carga, con lo cual la molienda deja de ser autógena pura (FAG) y pasa a convertirse en molienda semiautógena (SAG).

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Molinos: determinación de la velocidad critica

La velocidad periférica del casco tendrá un efecto decisivo sobre la efectividad de la acción de molienda del medio: si su velocidad sería demasiado baja, no hubiese efecto de “cascadeo”, si fuera demasiado alta, las bolas o barras quedarían adheridas a la pared del cilindro por la fuerza centrífuga e igualmente declinaría la acción del medio.
Es costumbre designar la velocidad a la que se produciría el efecto centrifugo del medio, como velocidad crítica, como sigue:

velocidad critica molinos
La velocidad de operación (NC) se expresa en “% de velocidad crítica”, que para molinos de bolas se sitúa entre 65% y 75% en promedio mientras que el rango preferido para molinos de barras sería 60% a 68% (máx. 70%) de la velocidad crítica.
La eficiencia de molienda de los molinos depende en alto grado de la utilización de la energía absorbida por éste.
Los molinos de barras o de bolas pueden funcionar según dos régimen distintos y se admite la teoría siguiente:

Si la velocidad de rotación es relativa lenta, los cuerpos moledores rozan sobre el recubrimiento del molino; rodando unos sobre otros siguiendo una trayectoria aproximadamente circular concéntrico alrededor de una zona más o menos estacionaria llamada "zona muerta".
La molienda se realiza por fricción interviniendo siempre fuerzas de cizallamiento. A este régimen de funcionamiento de un molino se le llama “marcha en cascada". (ver fig. 4 ).

Si la velocidad de giro es más rápido, los cuerpos moledores siguen una trayectoria que comprende parte en caída libre, donde poseen una energía cinética elevada. La molienda se realiza por choques, lo que permite asegurar una molienda fina de materiales duros y abrasivos.

Cuando un molino funciona con éste régimen se dice que o se llama “marcha en catarata”.
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Molienda, etapas y tipos

 

Generalidades

la molienda es una operación que permite la reducción del tamaño de la materia hasta tener una granulometría final deseada, mediante los diversos aparatos que trabajan por choques, aplastamiento o desgaste.

En esta operación de molienda, es donde se realiza la verdadera liberación de los minerales valiosos y se encuentra en condiciones de ser separados de sus acompañantes.

Por lo general, la molienda está precedida de una sección de trituración y por lo tanto, la granulometría de los minerales que entran a la sección molienda es casi uniforme. Los tamaños pueden variar de un F80 de 20 mm. (20000 micrones) a unos 5 mm. (5000 micrones), hasta obtener un producto de P80, variando normalmente entre unas 200 mallas por pulgada lineal (74 micrones) hasta 100 mallas (147 micrones).

circuitos de molienda

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Zaranda: Mallas de cernido

 

En vista de que el tamizaje tiene características de ser un proceso probabilístico, en cuanto a la probabilidad de que una partícula de tamaño determinado, encuentre la abertura del cedazo o malla de cernido y pase por ella se deduce que el tipo de mallas y la forma de sus aberturas, tienen un importante efecto sobre su eficiencia.

malla metalica

 

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Zarandas: Carga circulante

 

Para dimensionar correctamente las zarandas debe tomarse en cuenta :

a) Las cargas de cada cubierta , con su coeficiente correspondiente.

b) La carga circulante del circuito chancadora/clasificación con su granulometría promedio, siendo este ultimo dato de especial importancia para el diseño del circuito presentaremos a continuación el procedimiento más usual (de varios criterios recomendados) , para un circuito cerrado sencillo , según esquema adjunto:

recuperacion de finos

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Zarandas: Capacidad, eficiencia y carga circulante

Antes de abarcar los cálculos mencionado en el titulo, describiremos brevemente los fenómenos que tiene lugar durante el proceso de tamizado. La carga entra a la zaranda mediante un cajón de alimentación y si este ha sido diseñado correctamente, su impacto no dañara la malla, y a su vez, gracias al movimiento vibratorio, cambia su velocidad vertical por la horizontal, ocupando todo el ancho de la superficie de tamizaje con lo cual aprovechará al máximo la eficiencia del cedazo.

El primer efecto del movimiento vibratorio es de fluidización de la masa de material a medida que avanza. El segundo es la estratificación, mediante la cual las partículas finas alcanzaran las superficies de tamizado, poniéndose en contacto con las aberturas de la misma. En la figura adjunta se observa que es preciso mantener una profundidad adecuada de la "cama" de material, para lograr que las partículas gruesas en la parte superior de ella, "fuercen" a las finas a atravesar dichas aberturas. '
Considerando que justamente a nivel de cedazo, las partículas finas y gruesas (o de tamaño muy cercano) "competirán" por pasar a través de las aberturas, se consigue que la acción de la zaranda se convierta en un efecto "probabilística" que se favorece por un ancho y largo de malla suficiente, un movimiento vibratorio de amplitud, frecuencia v dirección correctas, ausencia de lamas u otros finos húmedos que bloqueen las aberturas, y en general, una composición granulométrica acorde con la Separación que se pretende conseguir.

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