Circuitos de molienda SAG
Circuitos de trituración
En los diagramas siguientes se representan en términos generales los principales arreglos para una operación de chancado, en los cuales la eficiencia en la misma ya en aumento del arreglo de la Fig, 10 a la 12, debiéndose considerar que la inversión en instalación aumenta en el mismo sentido pero el de operación es en sentido inverso. Este último aspecto se intensifica notablemente en plantas de gran capacidad. En las figuras C, D y E se muestran diagramas típicos de circuitos abiertos (C) y cerrados (D y E) con sus respectivas capacidades de procesamiento de mineral.
Sección chancado
Chancado Primario
El chancado primario es la primera etapa de reducción del mineral tal cual llega a la mina. El tamaño inicial depende del tipo de minado y de transporte y de la escala de la explotación; de el depende, a su vez, el dimensionamiento y el diseño del equipo de chancado primario.
Si el mineral proviene de una explotación a tajo abierto, y sobretodo, si aquella se efectúa a gran escala, el tamaño inicial es función de la fragmentación primaria o secundaria (por ejemplo: profundidad, diámetro, espaciamiento y carga de explosivo de los taladros y altura de los bancos); capacidad y dimensiones del equipo de carguío (pala, retroexcavadora), etc.
El cuadro adjunto (reproducido del catalogo de la firma manufacturera telsmith/Barber Greene) muestra la relación entre dimensiones de cucharas de las palas, en yardas cubicas y el tamaño recomendado de chancadoras de quijadas (jaw crushers) y giratorias, especificando las dimensiones de su abertura de alimentación.
Descripción de maquinaria de conminución: chancado y molienda
En una planta de procesamiento de minerales, la reducción de tamaños o conminación del mineral se realiza en una secuencia de etapas. Esta reducción de tamaños en etapas permite una clasificación de os equipos y métodos empleados. En primer lugar se distingue entre chancado y molienda. El termino chancado (o trituración) se aplica a la conminución del material extraído de la mina hasta partículas de aproximadamente 1 cm. Se habla de molienda para referirse a la conminución de tamaños pequeños, 1 cm a 100 pm. Tanto el chancado como la molienda se subdividen a su vez en dos o tres etapas que se les denomina primaria, secundaria y terciaria. Dado que en algunos casos estas etapas de conminución pueden realizarse con el mismo tipo de equipos, los limites entre ellas no son rígidos. Mas aun, es posible que en algunas plantas en particular no se haga uso de todas ellas. Así, por ejemplo, una planta de molienda semiautogena no requiere de chancado secundario, terciario ni molienda primaria de barras.
valores típicos de ratios de reducción en equipos
Leyes de concentrado
Es la relación entre el tamaño de alimentación y el tamaño del producto que establece la razón de reducción (Ratio) en un determinado tamaño de partícula. El ratio de reducción es característico en los equipos de conminución y permite dimensionar los equipos en una determinada aplicación. La relación de reducción esta establecida por:
R=F80/P80
Donde F80 y P80 representan el tamaño al cual se halla el 80% de peso en cada caso.
Técnicas experimentales en procesamiento de minerales (3)
3. Muestreo de minerales
Generalidades
El muestreo de los minerales ya sea cuando estos se hallan in situ o han sido depositados por diversas causas y condiciones en un lugar ajeno a su origen, incluida la mano del hombre, es un aspecto muy importante que nos permitirá obtener resultados eficientes en actividades como la exploración de yacimientos mineros, evaluación de prospectos, proyectos mineros, explotación de la mina, etc., tanto por lo que se refiere al sistema en si como a la importancia desde el punto de vista económico.
Es necesario estar consciente que, a no se por casos excepcionales, el material depositado tendrá una distribución heterogénea tanto en tamaño como en leyes. Esta condición en muchas ocasiones puede ser producida a propósito con el fin de desviar los resultados del muestreo. también hay que tomar en cuenta que a menudo no hay espacio suficiente para el deposito del mineral y, por lo tanto, para su muestreo.
Como la única manera de conocer el material es por medio de análisis, se deberá iniciar el trabajo con la extracción de ejemplares representativos del lote, tanto en tamaño como en el resto de características.
Definición de términos
Los términos mas comunes a emplear en el muestreo son:
Esquema de muestreo: secuencia de operaciones selectivas (muestreo) y no selectivas (operación) realizadas sobre un lote y terminando con la extracción de una o varias muestras para su análisis físico o químico.
Etapa de muestreo: proceso selectivo implementado sobre una porción dada de material (lote original o muestra previa) para reducir su volumen sin alterar (demasiado) sus características físicas o químicas.
Etapa de preparación: secuencia de operaciones no selectivas, tales como transferencia, quebrado, molido, secado, mezclado, etc., aplicadas sobre una porción (lote o muestra) para llevarlas en forma conveniente a la siguiente etapa de proceso.
Lote “L”: una porción de materia cuya composición debe ser estimada. Puede referirse desde cantidades del millón de toneladas hasta un frasco de 50 gramos.
Partícula o fragmento “F”: unidad compacta e indivisible durante una operación de selección. Un aglomerado puede actuar como partícula durante una etapa de muestreo.
Incremento “I”: un grupo de partículas extraídas de un lote en una sola operación de extracción del dispositivo del muestreo.
Muestra “S”: Una parte del lote obtenida por la unión de varios incrementos o fracciones del lote destinada a representarlo en operaciones futuras. Solo puede llamarse muestra a la porción representativa del lote.
Rechazo de muestreo “R”: complemento de la muestra, por definición: R=L-S
Muestra de laboratorio: muestra con peso conveniente que se entrega a laboratorio, en donde se realiza una mayor preparación y análisis.
Muestra de análisis: es la ultima del esquema de muestreo que se envía como un todo para someterse a un proceso analítico.
Objetivo
Es obtener una porción del lote original que lo represente lo mas completamente posible en la propiedad (física o química) que se desee evaluar.
Se deben buscar resultados precisos y reproducibles. Los equipos y dispositivos que se empleen deben poseer las características necesarias para cumplir los objetivos.
Análisis de componentes físicos y químicos
El propósito del muestreo es preparar una o varias porciones de material para su estudio o análisis, La teoría del muestreo de materia en forma de partículas comprende las proporciones o porcentajes de los componentes físicos, mientras que el ensaye determina el porcentaje de los componentes químicos.
Los componentes físicos pueden ser activos o pasivos:
Activo: cuando entra en la definición de la porción a ser estimada
- Un grupo de minerales cuando se estima la composición química o mineralógica del lote
- Un grupo de tamaños cuando se estima el análisis de tamaños de lote
- La fase solida y la fase liquida cuando se estima la concentración de una pulpa.
Pasivo: cuando no entra en la definición de la porción a ser estimada
- El fluido de los intersticios cuando se estima la composición química o mineralógica o la distribución de tamaños.
- El aire de los intersticios cuando se estima el contenido de humedad de un solido.
Al componente físico o químico cuya proporción debe estimarse se le llama “componente critico” y su proporción se llama “contenido critico”, el cual se conoce comúnmente como “ley” o “porcentaje” y se representa por “a”.
El análisis es entonces la estimación del contenido critico y puede ser:
- Distribución de tamaños (granulometría)
- Contenido de humedad
- Concentración de solidos en una pulpa
- Ensaye de oro y plata
- Análisis químico de algún elemento.
Errores de muestreo
Son aquellos que se producen como consecuencia de la ejecución del muestreo. Esto se debe a que como se manifestó anteriormente, un determinado lote de mineral presenta una distribución heterogénea tanto en tamaños de partícula como en leyes. Asimismo, intervienen otros factores como la extracción de las muestras de un determinado lote y su preparación hasta obtener la muestra para el proceso analítico (ensaye químico, pruebas metalúrgicas, etc.)
Para el análisis de los errores se usan las operaciones que causan errores, tales como:
- Operaciones de muestreo: son todas aquellas que contribuyen al error total de muestreo, TE.
- Operaciones analíticas: son las que generan el error de análisis AE, tales como ensaye, análisis de humedad, granulometría, % de solidos en pulpa.
Error de estimación total
El error de estimación total OE involucra todos los errores tanto de preparación como de análisis:
- Error total de muestreo, TE: considerando al muestreo en su sentido mas amplio, esta se realiza como una secuencia de etapas de reducción de tamaño de los fragmentos y de la cantidad de los mismos.Es el resultado de todos los errores que se tienen en cada etapa. TE=TE1+TE2+…+TEn
- Error de análisis, AE: involucran las operaciones analíticas tales como ensaye,análisis de humedad, granulometría, porcentaje de solidos en pulpa,etc..
En resumen, el error de estimación total (OE) esta compuesto por la suma de todos los errores de muestreo y el error de análisis:
OE=TE + AE, donde
TE = FE + GE + QE2 + QE3 + WE + DE + EE + PE
Asimismo:
FE : Error fundamental (constitución del mineral: mineralogía)
GE : Error por segregación (distribución de partículas en el lote = heterogeneidad)
QE2 : Error de fluctuación de calidad en un rango grande.
QE3 : Error de fluctuación periódica de la calidad (Ej. acumulación de molinos, etc.)
WE : Error cuantitativo (flujo o pesado = error de pesada)
DE : Error de delimitación del incremento (geometría)
EE : Error de extracción del incremento (regla del rebote)
PE : Preparación (contaminación, perdidas, alteración de composición química, física, equivocación no intencional, acción intencional, fraude)
Teoría de Pierre Gy
Establece como concepto básico que la variabilidad en el análisis de una muestra en un laboratorio depende de la masa de la muestra y la distribución de partículas y sus tamaños en la muestra. Relaciona el error fundamental FE y el error por segregación GE.
Los mayores esfuerzos, incluyendo reducción de tamaño de partículas y distribución heterogénea, son para minimizar FE y GE. La relación entre FE, tamaño de partícula y tamaño de muestra se presentan en la ecuación resumida de Gy:
Donde:
FE^2 : Varianza del error fundamental, %
Ms : Masa de muestra, gramos
λ : Densidad de la muestra, g/cm
d : diámetro máximo de partícula, cm
Error de delimitación (DE):
Es correcta (no hay error) si todos los elementos de la sección transversal se interceptan por el cortador del muestreador durante el miso periodo de tiempo t.
Se distinguen los siguientes tipos de muestreo de partículas:
Muestreo de un flujo que cae: Los cortadores para este tipo de muestreo son: cortadores de trayectoria recta, cortadores de trayectoria circular. En ambos casos se debe tener en cuenta que la geometría del cortador debe de ser la correcta para cumplir lo enunciado línea arriba y no caer en el error.
Muestreo de una corriente en caída libre: En este caso se distinguen las categorías de muestreadores: en movimiento continuo y muestreadores en forma intermitente. Aquí las condiciones de lo correcto se indican que la velocidad del cortador debe permanecer constante durante su viaje a través de la corriente y permanecer uniforme de un incremento al siguiente.
Entre los diversos sistemas de mando usados en los muestreadores se encuentran los siguientes: eléctrico, neumático, hidráulico, magnético y manual.
Muestreo en banda detenida: Es un método común, recomendado por algunas normas internacionales para chequear posibles desviaciones en muestreadores de flujo descendente.
Muestreo en dos dimensiones: Se aplica a carros o vagones con material fino. El muestreo con tubos nunca alcanza delimitación correcta.
Error de extracción del incremento (EE)
Aplica la regla del rebote o del centro de gravedad (posición critica en la cual el fragmento puede caer o no en el incremento cuando es extraído). Es decir, la extracción del incremento es correcta si esta regla es respetada. Establece tres reglas de exactitud de extracción para el ancho y velocidad del cortador.
1era regla de exactitud de extracción
Para d > 3mm, W ≥ W0 = 3dm
Para d < 3mm, W ≥ W0 = 10mm
2da regla de exactitud de extracción
Independientemente del diámetro máximo dm:
con W = n*W0 para n > 1 , V ≤ V0
V = (1 + n) * 0.3, m/s
3ra regla de exactitud de extracción
La solución correcta mas barata se define por W = W0, independientemente de dm, y :
V = V0 = 0.6 m/s
Donde :
d : diámetro máximo de partícula (mm)
W : ancho del cortador
W0 : ancho critico del cortador
W0/dm : factor de proporcionalidad
V0 : velocidad critica del cortador
V0n : Velocidad critica del cortador cuando n = W/W0
Ecuación practica para definir etapas de reducción de tamaño y muestreos sucesivos
Ms = K * d3
Ms : Peso mínimo de muestra, gramos
d : Tamaño máx.. de partículas, cm
K : 125000 problemas comunes
60000 bajo costo
250000 Alta precisión
Se construye la ecuación y = Kx3 y se plotea en papel logarítmico, donde y = Ms ; x = d
Al obtener la recta (línea de seguridad) los valores a la derecha estarán en el lado inseguro y a la izquierda en el lado seguro.
Técnicas experimentales en procesamiento de minerales (2)
2. Funciones de distribución de tamaños:
La resolución de un análisis granulométrico, pueden ser generalizados y cuantificados por expresiones matemáticas llamadas funciones de distribución de tamaños, que relacionan el tamaño de partícula (la abertura del tamiz que retiene o deja pasar a la partícula), con un porcentaje en peso, generalmente el acumulado retenido o pasante.
2.1 Ecuación de Gates-Gaudin-Schumann (GGS)
Es la expresión matemática de la función de distribución de tamaños desarrollada por los investigadores Gates, Gaudin y Schumann entre 1915 y 1940, la cual es:
Donde:
F(x) : % de peso que pasa la malla x
K100 : Tamaño pasa a 100% si la función fuera recta.
m : Angulo de la recta en papel log-log (pendiente)
La forma habitual de representar la distribución de Gates-Gaudin-Schumann (G-G-S) es un grafico log-log, donde en las ordenadas se plotea el log F(x) y en las abscisas el log x.
De la ecuación anterior se linealiza en papel logarítmico en la siguiente nueva ecuación:
Representación de la distribución G-G-S en papel log-log.
Donde m es la pendiente de la recta y log (100/K^m) la ordenada en el origen.
De acuerdo a lo anterior si se tiene un conjunto de datos experimentales de tamaño de partícula y sus correspondientes porcentajes en peso acumulados pasantes, el ajuste de estos datos a la distribución de GGS, se deberá probar graficando en papel log-log, el tamaño de partícula contra el porcentaje en peso acumulado fino correspondiente y verificando la correlación de los puntos a un línea recta ( se pude utilizar el método de los mínimos cuadrados).
Se nota, que la ecuación GGS es la mejor expresión disponible para una distribución regular de tamaños de partículas, pero que solamente es aproximada, ya que existen curvaturas pronunciadas en las fracciones gruesas (85% pasando la malla).
Sin embargo, la curva obtenida por graficación sobre papel log-log es útil para determinarse una malla de gran importancia practica como parámetro de control del proceso de conminución, conforme se vera mas adelante.
Se trata de la malla por la que pasa 80% del material, ya sea de alimentación, F80, o de producto, P80, que caracterizan la granulometría entrante y saliente de la maquina correspondiente y que forman parte de ciertas ecuaciones con que se evalúa la eficiencia y diversos aspectos de la operación.
Una de las aplicaciones de los parámetros F80 y P80, es la razón de reducción de las maquinas de conminución, F80/P80, que constituyen la expresión generalmente aceptada del grado de disminución de tamaño que se produce en dicho equipo.
Técnicas experimentales en procesamiento de minerales
1. Análisis granulométrico y distribución de productos
El progreso y el producto del proceso de reducción de tamaño son caracterizados mediante la medida del tamaño de las partículas generadas como producto de la conminución. A esta medida se le denomina análisis granulométrico.
La determinación de tamaño de partículas generadas por conminución de los minerales, se efectúa comúnmente por tamizaje (en seco o en húmedo), sobre una serie de tamices de aberturas cuadradas, montadas en un aparato vibrador. La progresión de aberturas entre los diversos tamices, obedece a ciertas normas internacionales o de uso común.
Los tamices normados son construidos con diámetros y con grosores de alambres estándar y su abertura entre un tamiz y el inmediatamente siguiente de la serie, tiene una razón de “raíz de 2”. Las aberturas se expresan en mm (milímetros), micrones (milésimas de milímetro), en pulgadas o en numero de malla de las series Tyler (de aplicación frecuente), ASTM o a veces USBS.
Para fines prácticos, se utiliza muy raramente la serie completa de tamices, en cambio se usa únicamente aquellos tamaños de importancia para la aplicación correspondiente. En todo caso, se dispone los tamices en orden decreciente de abertura, colocando el mas grueso en la parte superior del aparato y el mas fino al fondo.
Los tamices mas finos empleados para tamizaje de productos de molienda fina son de 200 mallas, 325 mallas, o rara vez, de 400 mallas por pulgada lineal, equivalente a 37 micrones. Estas mallas finas, que requieren rutinariamente un tamizaje húmedo y una manipulación relativamente engorrosa para evitar que las partículas se peguen al tamiz, son de poco uso en el estudio de la granulometría de productos de chancado intermedio, salvo para el producto final del chancado fino que será alimento a los molinos.
El resultado de las determinaciones granulométricas, como los pesos de las fracciones retenidas sobre un tamiz experimental, son tabulados y frecuentemente, se calcula y tabula los pesos acumulativos que pasan por o alternativamente quedan encima de una malla determinada.
En la tabla siguiente se muestra un ejemplo de representación del análisis granulométrico:
En la primera columna se presenta mallas, mientras que en la segunda, las aberturas de malla x. La tercera corresponde a los porcentajes en peso de material retenido en cada malla, f(x). La cuarta columna representa los porcentajes acumulados G(x) y la quinta los porcentajes acumulados pasantes F(x). Cada fila presenta los datos obtenidos para un tamiz de abertura x.
En este arreglo se cumplen las siguientes relaciones:
Representación de datos de un análisis granulométrico
| 1 Malla | 2 Abertura de malla x | 3 Porcentaje en peso f(x) | 4 Porcentaje en peso acumulado G(x) | 5 Porcentaje en peso pasante F(x) |
| x | - | - | 100.00 | |
| x1 | f(x1) | G(x1) | F(x1) | |
| x2 | f(x2) | G(x2) | F(x2) | |
| - | - | - | - | |
| - | - | - | - | |
| xn-1 | f(xn-1) | G(xn-1) | F(xn-1) | |
| xn | f(xn) | 100.0 | - |
Conminución de minerales: generalidades
Para entender la conminución de minerales, debemos tener claro los conceptos básicos en cuanto a los materiales involucrados en la explotación.
1. Mineral: Elemento o combinación química formado mediante un proceso inorgánico natural, con una composición química definida con un arreglo de átomos ordenado o estructura cristalina. Mientras que las rocas son mezclas de minerales que pueden tener una composición muy variada.
2. Mena: Independientemente de las clasificaciones para los minerales, se considera mena aquellos que tengan un valor comercial determinado, o que el valor metálico o sus compuestos puedan ser posibles de recuperar por un proceso de beneficio económico.
3. Ganga: Acá se consideraría al mineral que se encuentra junto a la mena y disminuye la concentración del mineral valioso, esta vendría a ser la parte que se trata de descartar en la etapa de concentración y que no tiene valor comercial.
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Clasificación de los minerales:
Los minerales se clasifican desde diferentes puntos de vista, se conocen en la actualidad aproximadamente 4000 especies, Las clasificaciones se llevan a cabo considerando su composición química, sistema cristalino, características físicas (tales como: color, transparencia, brillo, textura, dureza, tenacidad, fractura, peso especifico, etc. y también en base a otras propiedades como las ópticas, eléctricas, magnéticas, etc.)
Por su composición química:
1. Elementos (carbón, incluyendo su forma especial como grafito y diamante) azufre como producto de sublimación volcánica y como producto de reducción en la proximidad de ciertos yacimientos petroleros; metales como Pt, Au, Ag, Cu, Bi nativos, pequeñas cantidades de Sb, Os, Ir y Pt, así como combinaciones de Fe/Ni.
2. Sulfuros, incluyendo arseniuros, antimoniuros, sulfoarseniuros, sulfoantimoniuros y combinaciones de metales como Cu, Zn, Pb, Cd, S, Fe, Ag, etc. La mayor parte de los minerales económicamente importantes en minería, como galena (Pb), blenda o escalerita ( Zn), pirita (Fe), calcopirita, chalcocita, covelina (Cu/Fe), etc.
3. Halogenuros, tales como NaCl, KCl (silvina), AgCl (Kerargirita). Cu2(Oh)3CI (atacamita), CaF2 (fluorita): se destacan por enlaces iónicos en contraste con los sulfuros cuyos enlaces sean preferentemente de tipo covalente o metálico.
4. Óxidos e hidróxidos: principalmente de Fe, Al, W, Ti, Sn, Nb, V, Ta, Mn, Sb, As, etc., algunos de los cuales son de origen secundario.
5. Nitratos (Na y K) de tipo sedimentario.
6. Boratos (Na, Mg/Ca)
7. Sulfatos (Ca = Yeso o anhidrita, Pb, etc.) y oxisales de Cr, W, Sn (cromatos, wolframatos, stannatos de diversos cationes como wolframia, scheelita, etc.)
8. Fosfatos, vanadatos y arseniatos;
9. Silicatos, que en forma de silice (SiO2) y sales de Na/Ca/Al/Mg/Fe y otros cationes, constituyen la mayor parte de las rocas de la corteza terrestre, al mismo tiempo que las gangas estériles de los minerales alimentados a las plantas concentradoras y desechadas por estas.
Las categorías 1,2,7 y 9, ocurre mas frecuentemente en la minería peruana, y la metalurgia tiene interés en aprender a conocer a las principales especies para identificarlas y apreciar ciertas propiedades que repercuten sobre su alimentación, o “cabezas”, de las plantas concentradoras, si no igualmente a los productos intermedios y finales, a fin de controlar visualmente el progreso de los procesos de concentración y la naturaleza de las perdidas.
Por sus propiedades físicas:
las siguientes características de las especies mineralógicas servirán para identificarlas , por la vía física, es decir, previo a determinaciones químicas analíticas en laboratorio:
1. Estructura cristalográfica: a determinarse en forma macroscópica, pero también microscópica y por rayos X. Los principales hábitos cristalográficos son: isométrico, tetragonal, ortorrómbico, monoclínico, triclínico y hexagonal.
2. Color y brillo: se distingue brillo metálico, submetálico y no metálico. Los colores son a veces variables en función de las impurezas y grados de oxidación/ alteración de las especies.
3. Rayado: observando polvo finamente molido, o la raya dejada sobre una tabla de porcelana sin pulir, se puede obtener datos característicos sobre diversas especies.
4. Clivaje y ruptura: la forma de ruptura de diversas especies es típica y ayuda a identificarlas “en el campo”.
5. Dureza: este parámetro resulta muy útil en la identificación, para lo cual se ha establecido una escala de 10 grados de dureza, llamada Escala de Mohs, correspondiendo el grado 10 al mineral mas duro, diamante, y el grado 1 al mas blando, talco.
10. Diamante 9. Corindón 8. Topacio 7. Cuarzo 6. Ortoclasa 5. Apatita 4. Fluorita 3. Calcita 2. Yeso 1. Talco
En as pruebas “de campo” se puede aplicar la siguiente regla: la uña corresponde a una dureza 2.5 y la cuchilla a la dureza 5.5 a 6.6. Densidad: La determinación de la densidad de las especies mineralógicas por alguno de los métodos prácticos de laboratorio mas usados (midiendo peso y volumen de la muestra respectiva) puede dar datos importantes acerca de su identificación, aunque rara vez la densidad es un parámetro fijo en vista de las microinclusiones de impurezas, etc., si no esta mas bien representada en un rango. Aparte de los problemas de identificación, la densidad es fundamental para investigar la factibilidad de efectuar ciertas separaciones gravimétricas.Por sus propiedades eléctricas y magnéticas:
1. Electroconductividad: Se manifiesta por la conductividad eléctrica, los metales nativos son conductores eléctricos excelentes, los sulfuros son semiconductores.
2. Magnetismo: Es el grado de susceptibilidad que presentan los minerales a la presencia de un campo magnético. Por esta razón, los minerales pueden ser separados entre si mediante un electroimán.