conminución y separación de tamaños
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CONMINUCION Y SEPARACION DE TAMAÑOS
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1 CONMINUCION……………………………………………………………… 5
1.1 Introducción……………………………………………………………….... 5
1.2 Factores que influyen en la selección de circuitos de conminución….. 7
2 CHANCADO DE MINERALES……………………………………………… 28
2.1 Diagramas de flujos………………………………………………………… 30
2.2 Mecanismos de reducción de tamaño en conminución……………….. 48
2.3 Tipos, descripción y selección de chancadoras………………………... 72
2.4 Dimensionamiento de chancadoras……………………………………... 134
2.5 Separación de tamaños en harneros……………………………………. 146
INDICE
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3 MOLIENDA DE MINERALES………………………………………….... 197
3.1 Introducción…………………………………………………………… 197
3.2 Diagramas de flujos…………………………………………………… 204
3.3 Tipos, descripción y diseño de molinos de Barras………………… 209
3.4 Tipos, descripción y diseño de molinos de Bolas………………..... 239
3.5 Tipos, descripción y circuitos de molinos semiautógenos………… 282
3.5.1 Preclasificación y prechancado del mineral………………………… 286
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4 SEPARACION DE TAMAÑOS EN HIDROCICLONES…………………….. 308
4.1 Antecedentes de la operación con hidrociclones………………………….. 308
4.2 Características de los hidrociclones………………………………………… 320
4.3 Dimensionamiento y selección de hidrociclones a través de modelos
matemáticos empíricos………………………...………………………………. 331
4.4 Separación sólido-líquido……………………………………………………... 340
4.5 Tipos y características de separación por gravedad……………………….. 346
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Se usa el concepto de conminución para identificar todoslos procesos que tienen que ver con la acción de reducirel tamaño de los minerales que se procesan y poseenelementos de valor comercial y otros que no tienen valor(ganga).
1. CONMINUCION
1.1 Introducción
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Los objetivos más importantes que persigue laconminución son:
� Manipulación y manejo adecuado del mineral.
� Liberar las especies valiosas contenidas en ellas.
� Preparar el mineral para los procesos posteriores.
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1.2 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SELECCION DE CIRCUITOS
DE CONMINUCION
Los factores que influyen en la intensidad del proceso deconminución y por ende en la selección del circuito son:
� Ley del mineral o metal a recuperar.
� Características de la ganga presente.
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� Tonelaje de las reservas.
� Tipo de proceso posterior de recuperación oconcentración: flotación, lixiviación, concentraciónmagnética, concentración gravimétrica, otros.
� Valor comercial del mineral.
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� En estricto rigor la liberación de especies de valor selogra solo en forma parcial.
� Para un proceso de lixiviación en pilas son necesarias de2 a 3 etapas de chancado.
� Para un proceso de lixiviación en botaderos conactividad bacteriana es necesaria una (dos a lo mucho)etapa de chancado.
� Para el proceso de flotación son necesarias tres etapasde chancado y dos etapas de molienda.
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Proceso de Lixiviación
El proceso de lixiviación en pilas puede requerir 2 ó 3etapas de chancado. El proceso de lixiviación enbotaderos o sulfuros de baja ley requiere a lo sumo deuna etapa.
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BURBUJAS DE AIRE MINERALIZADAS
El proceso de flotación, requiere de tres etapas de chancado y dosetapas de molienda. En algunos casos se requiere de remoliendapara mejorar la ley del concentrado.
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La tronadura en la mina es el primer proceso deconminución en la línea de operaciones de mina yplanta.
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Desde la mina hasta las distintas etapas de chancado se
estará operando en seco, sin agua.
Desde la alimentación a la molienda en adelante, siempre
se estará operando con pulpas.
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El mineral proveniente de la mina tiene un tamaño variado,
por lo que el objetivo del chancado (primera etapa de la
conminución a ejecutarse en la planta) es reducir el
tamaño de los fragmentos de rocas enviados, desde la
mina hasta obtener un tamaño uniforme máximo de ½
pulgada (aprox. 1,27 cm).
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Para la reducción del tamaño se utilizan las
chancadoras (equipos mecánicos-eléctricos de
grandes dimensiones).
En estos equipos, los elementos trituran la roca
mediante movimientos de atrición y están construidos
de aleaciones especiales y acero de alta resistencia.
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Todo el manejo del mineral en la planta se realiza mediante correas
transportadoras, desde la alimentación proveniente de la mina
hasta la entrega del mineral como producto chancado a la etapa
siguiente.
Opción 2 : SAG + Ball Mill
Muckpile
Primarycrusher
Stockpile
Cyclones
Ball mill
10 kWh/t
0.1 kWh/t
0.2 kWh/t
SAG
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Como uno de los objetivos más importantes de la
conminución es la reducción del tamaño de las rocas, es
posible plantearse la siguiente pregunta ¿Por qué la
acción no se hace en una sola etapa? Es decir, que un
equipo tome la roca de mineral y lo convierta en
partículas finas en una sola etapa.
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Desafortunadamente, no se ha podido hasta la fecha
desarrollar un equipo capaz de realizar todo el proceso
de chancado de una sola vez (para todos los tipos de
materiales).
Por esto, en la mayoría de las aplicaciones son
necesarias varias etapas de fragmentación y la
utilización de más de un equipo.
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El hecho de que existan ambos, chancado y molienda y
no solo uno de ellos, responde a dos motivos muy
claros: factibilidad técnica y económica.
Existe un límite de tamaño de las partículas de mineral
hasta donde las chancadoras son eficientes y pasado
este límite realizan muy poco trabajo en comparación
con la energía consumida.
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Consumo de energía en chancado y molienda
40
35
30
25
20
15
10
5
00.01 01 1 10 100
80% passing size (mm)
Comminution Energy
milling
crushing
ener
gy c
onsu
mpt
ion
(kW
h/t)
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En la figura anterior podemos observar que para reducir
partículas a un tamaño de 8 a 10 mm. (aprox.) debe
realizarse en chancadoras y para tamaños inferiores en
molinos.
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Es necesario saber elegir los equipos adecuados que
permitan conseguir la reducción de tamaño requerido y
ubicarlos en un circuito, de modo que juntos
proporcionen la disminución de tamaño necesario para
el proceso siguiente. No olvidar que debemos hacer un
eficiente uso de la energía consumida.
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La resistencia que opone el mineral a la
fragmentación es fundamental. Puesto que, es
necesario conocer la razón de la reducción de
tamaño y definir qué tipo de máquina se debe utilizar.
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Un material con bajo índice de trabajo es más fácil de
fragmentar. Por ello la razón de reducción del chancador
es alta, disminuyéndose las etapas de fragmentación en
la planta de chancado.
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Por ende se puede concluir que cuando un material
tiene un menor índice de trabajo se puede alcanzar una
razón de reducción más alta, de acuerdo a la definición
presentada.
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Por el contrario, si un material tiene un índice de
trabajo alto, será imposible utilizar una abertura de
salida muy estrecha, para no producir sobrecargas.
Por eso es necesario utilizar una mayor cantidad de
etapas de fragmentación y así alcanzar el tamaño
deseado en el producto.
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INDICE DE TRABAJO W I
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� Liberar minerales comerciables desde una matrizformada por minerales de alto y bajo interéseconómico.
� Promover reacciones químicas rápidas a través de laexposición de una gran área superficial.
� Producir un material con características de tamañodeseable para su posterior procesamiento, manejo,almacenamiento y/o comercialización.
Los objetivos del chancado de los minerales son:
2. CHANCADO DE MINERALES
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Existe un límite de tamaño en las partículas de mineral
hasta donde los chancadores son eficientes, pasado este
límite realizan un trabajo muy pobre en comparación a la
energía consumida.
Para los tamaños más finos, existen molinos que realizan
la reducción de tamaño del mineral con un mejor
rendimiento que los chancadores.
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Se usa el concepto de conminución para identificar los
procesos que tienen que ver con la reducción de
tamaño de los minerales y que permiten liberar las
especies valiosas contenidas en ellos.
2.1 DIAGRAMAS DE FLUJO
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Circuito Abierto
Equipo dereducción de
tamaños
Alimentación Producto
F80P80
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A la relación entre el tamaño de alimentación y el dedescarga de cualquier equipo de conminución se lellama razón de reducción.
top shell
mantle
gape
mantlediameter
bottomshell
hydraulicsupport
drive
set
spider
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Podemos observar algunos equipos y sus valorestípicos de razón de reducción.
Chancadoras de compresión
Impactores (modelo vertical) Molinos (modelo tambor)
Impactores (modelo horizontal)
Mandíbula 3-4Giratorio 3-4De cono 4-5 10 - 15
Barra 100Bota 1000AG & SAG 5000
3 - 8
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Todos los chancadores tienen una razón de reducción
limitada; puesto que, el tamaño global del circuito se va a
realizar en etapas.
La cantidad de etapas está guiada por el tamaño de la
alimentación y el producto final requerido, como puede
visualizarse en el siguiente ejemplo.
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100%
90
80
70
60Por
cent
aje
avan
zado
50
2 4 8 16 32 64 125 250 500 1000
P =16 mm
P =16 mm
F =400 mm
80
80
80
mm
0
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Para un tamaño de material cuya alimentación es deF80=400 mm correspondiente a roca de voladura, cuyotamaño es 80% menor que 400 mm.
El tamaño deseado del producto:
P80 = 16mm correspondiente al mineral de alimentación demolino de barras.
Razón de reducción tal R = F80/P80 = 400/16 = 25
EJEMPLO
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Una solución propuesta a los requerimientos, puede ser lasiguiente:
� Razón de reducción en etapa primaria R1 = 3
� Razón de reducción en etapa secundaria R2 = 4
� Razón de reducción en 2 etapa de chancado = R1 x R2= 3 x 4 = 12
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Dos etapas no son suficientes. Se necesita una
tercera etapa de chancado.
Ya que se deben usar tres etapas, se puede disminuir
un poco la razón de reducción en cada etapa, de ese
modo se otorga mayor flexibilidad al circuito.
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Por ejemplo :
� Razón de reducción, primera etapa R1 = 3
� Razón de reducción, segunda etapa R2 = 3
� Razón de reducción, tercera etapa R3 = 3
Juntas, estas tres etapas dan R1xR2xR3 = 27, reducción
suficiente.
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Etapa IChancadora de mandíbulas
Etapa IIChancadora de cono
Etapa IIIChancadora de cono
CHANCADORAS APROPIADAS PARA LAS DIFERENTES ETAPAS
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En la siguiente figura se observa el circuito abierto de
chancado conformado por tres etapas, cada etapa de
la descarga alimenta la etapa siguiente del
chancador. La descarga del chancado terciario
constituye el producto final.
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Circuito abierto de chancado
Primary Jaw crusher
Tertiary cone crusher
Product
Grizzley screen
Feed
Oversize
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En la figura siguiente veremos el diagrama de una
etapa de chancado en un circuito cerrado; es decir, la
descarga del chancador alimenta a un harnero. El
sobre tamaño recircula al chancador y el bajo tamaño
constituye el producto que pasa a la siguiente etapa.
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Circuito cerrado de chancado
Primary Jaw crusher
Grizzley screen
Oversize
Screen
Product
Oversize
Feed
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Equipo dereducción de
tamaños
Alimentaciónfresca
Productofino
Clasificador
Productogrueso
F80
P80
CIRCUITO CERRADO DIRECTO
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Equipo dereducción de
tamaños
Alimentaciónfresca
Productofino
Clasificador
Productogrueso
F80
P80
CIRCUITO CERRADO INVERSO
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� El cociente entre el flujo de mineral que alimenta alequipo de reducción de tamaño y el flujo dealimentación fresca al circuito, en porcentaje..
CLASIFICADOR
EQUIPO DEREDUCCION DE
TAMAÑOS
PRODUCTO FINAL
AD
Q
GF
CLASIFICADOR
EQUIPO DEREDUCCION DE
TAMAÑOS
AD
Q
G
F
F
GCC 100= F
DCC 100=
CARGA CIRCULANTE
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FRACTURA: Es el fraccionamiento de un cuerpo sólidoen varias partes.
COMPRESION: Es la aplicación de esfuerzos decompresión. Normalmente se produce en máquinas dechancado donde existe una superficie fija y otra móvil, daorigen a partículas finas y gruesas. La cantidad dematerial fino se puede disminuir reduciendo el área decontacto, utilizando superficies corrugadas.
2.2 MECANISMOS DE REDUCCION DE TAMAÑO EN CONMINUCION
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Esquema de acción de esfuerzos de comprensión
MATERIAL FINO
MATERIAL GRUESO
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Acción de compresión
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� Impacto : Es la aplicación de esfuerzos compresivos a altavelocidad. De esta manera la partícula absorbe másenergía que la necesaria para romperse. El producto,normalmente, es muy similar en forma y tamaño.
MATERIAL FINO (MENOR QUE EN COMPRESION)
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Acción de impacto
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� Cizalle : El cizalle ocurre como un esfuerzo secundario alaplicar esfuerzos de compresión y de impacto. Producegran cantidad de finos y, generalmente, no es deseable.
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Efecto de cizalle
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ASTILLAMIENTO : La ruptura de cantos de una partícula,
ocurrida por la aplicación de esfuerzos fuera del centro de
la partícula, genera el mecanismo de astillamiento.
ABRASION : Cuando el esfuerzo de cizalle se concentra
en la superficie de la partícula se produce abrasión.
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Efecto de abrasión
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Tipos de equipos de reducción de tamaños en base a l os principios de fractura.
PRINCIPIO
COMPRESION IMPACTO COMPRESION - IMPACTO
Molino de barrasMolino de bolasMolino autógenoMolino semiautógeno
Trituradora de impacto
Trituradora de mandíbulasTrituradora giratoriaTrituradora de conoTrituradora de rodillos
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� Las etapas de un proceso de reducción se identifican de acuerdo aldiseño desarrollado para el procesamiento del mineral.
� Si el mineral requiere una reducción fina, se identifican:
• Circuito de molienda convencional (3 etapas de chancado ydos de molienda).
• Circuito de molienda unitario (3 etapas de chancado y uno demolienda).
• Circuito de molienda semiautógena (una etapa de chancado ydos de molienda).
� Si el mineral requiere una reducción gruesa, solo se trabaja conetapas de chancado.
ETAPAS DE REDUCCCION DE TAMAÑO
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Convencional
� Trituración primaria:Trata el material que viene de la mina, con trozos máximos dehasta 1,5 m (60 plg), entrega un producto de 15 a 20 cm (6 a 8plg).
� Trituración secundaria:Toma el producto de la trituradora primaria y lo reduce a su vez aun producto de 5 a 8 cm (2 a 3 plg).
� Trituración terciaria:Toma el producto de la trituración secundaria y lo reduce a su vez aun producto de 1 a 1,5 cm (3/8 a 1/2 plg) que puede ir a una etapade molienda (en el caso de sulfuros de cobre) o al proceso delixiviación (en el caso de óxidos).
ETAPAS DE CHANCADO
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Las primeras etapas se realizan para facilitar el manejodel material proveniente de la mina.
Las siguientes etapas de chancado y molienda, serealizan para separar las especies minerales de interésde la ganga.
� Las partículas están formadas por mineralesindividuales, se habla de partículas libres.
� Si consisten en dos o más especies minerales, seles llama partículas mixtas.
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Desde los primeros años de aplicación industrial de los
procesos de conminución al campo de beneficio de
minerales, se constató la relevancia del consumo de
energía específica como parámetro controlante de la
reducción de tamaño y granulometría final del producto,
en cada etapa de conminución.
ENERGIA Y REDUCCION DE TAMAÑO
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Etapa Sub-etapa Rango tamaño(solo referencial)
Consumo de energíaKWh/t
Chancado Primario 100 a 10 cm 0,3 a 0,4
Secundario 10 a 1 cm 0,3 a 2
Terciario 1 a 0,5 cm 0,4 a 3
Molienda Primario 10 a 1 mm 3 a 6
Secundario 1 a 0,1 mm 4 a 10
CONSUMOS DE ENERGIA
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Se define como la energía que se debe consumir paraprovocar la fractura de una tonelada del mineral que seprocesa, se mide en kWh/t. En forma práctica se calculacomo la razón entre el consumo de potencia del circuitode reducción de tamaños (normalmente la potenciaconsumida por el equipo de reducción de tamaños) enkW y el flujo de alimentación fresca al circuito en t/h:
kWh/tF
PE =
CONSUMO ESPECIFICO DE ENERGIA
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En cada etapa de conminución, el consumo de energíaespecífica es un parámetro controlante de la reducciónde tamaño y granulometría final del producto.
La energía consumida se encuentra estrechamenterelacionada con el grado de reducción de tamañoalcanzado por las partículas (según en la etapa quecorresponda).
RELACION ENERGIA CONSUMIDA Y TAMAÑO DE PARTICULA PRODUCIDO
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� Postulado de Bond (3 ra ley de la conminución)
La energía consumida para reducir el tamaño 80% de unmaterial, es inversamente proporcional a la raízcuadrada de este tamaño, definiéndose el tamaño 80%como la abertura del tamiz (en micrones) que deja pasarel 80% en peso de las partículas.
i
80 80
1 1E 10W
P F
= −
Wj es conocido como el Indice de Trabajo de Bond o WORKINDEX que representa el trabajo requerido para reducir elmineral desde un tamaño infinito a 100 mm.
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� Postulado de Bond o Work Index
El Wi depende de:
• El material (resistencia a la conminución).
• El equipo utilizado.
• Condiciones de operación.
� Wi representa la resistencia del mineral a serfracturado y se mide en kWh/t.
Se determina experimentalmente, a través de un
ensayo estándar de laboratorio.
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Sólidos Wi [kWh/ton corta]
Sólidos Wi [kWh/ton corta]
Andesita 18.25 Gneiss 20.13 Aceite de esquisto 15.84 Hernatita 12.84 Arcilla 6.30 Magnesita 11.13 Arena de silice 14.10 Magnetita 9.97 Baritina 4.73 Materia prima de cemento 10.51 Basalto 17.10 Mineral de cobre 12.72 Bauxita 8.78 Mineral de estaño 10.90 Caliza 12.74 Mineral de manganeso 12.20 Carbón de Piedra 13.00 Mineral de niquel 13.65 Carburo de silice 25.87 Mineral de oro 14.93 Coque 15.13 Mineral de pirita 8.93 Cuarcita 9.58 Mineral de plomo 11.90 Cuarzo 13.57 Mineral de plomo-zinc 10.93 Diorita 20.90 Mineral de potasa 8.05 Dolomita 11.27 Mineral de pyrrhotita 9.57 Escoria 10.24 Mineral de rutilo 12.68 Escoria de cemento 13.45 Mineral de spodumeno 10.37 Esmeril 56.70 Mineral de titanio 12.33 Esquisito 15.87 Mineral de zinc 11.56 Feldespato 10.80 Molibdeno 12.80 Ferro-cromo 7.64 Pedernal 26.16 Ferro-mangneso 8.30 Pizarra 14.30 Ferro-silicona 10.01 Rocka de fosfato 9.92 Fluoro natural 8.91 Rocka de trapeana 19.32 Gabro 18.45 Roca de yeso 16.06 Grafito 15.13 Sienita 13.13 Granito 20.13 Silicato de sílice 13.40 Gravilla 43.56 Taconita 14.61 Vidrio 12.31
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68
Las operaciones industriales se realizan generalmente
por equipos operados mecánicamente como:
chancadoras de mandíbula, chancadoras de cono y
chancadoras de rodillo.
Los mecanismos de chancado se verifican por aplicación
de fuerzas de impacto, presión o una combinación de
ambos.
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69
Las tres etapas clásicas de chancado antes de la molienda
Chancado de tres etapas clásicas, previo al ingreso al molino de barras
Chancado primario
Chancado secundario
Chancado terciario
Trituración en secoo húmedo
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Circuitos de 1 y 2 etapas de
chancado antes de la molienda
SAG
Primary crushing
Primary crushing
Primary crushing
Primary grinding
Primary grinding
Secondary crushing
Secondary crushing
“straight on”
“pre-crushingof criticalsizes”
“crushingof critical
sizes” frommill dischargue
Primary grinding
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El tamaño final de partículas requerido es logrado por
los requerimientos de liberación.
Normalmente, el chancado es menos importante que la
molienda:
� El número de etapas de chancado puede ser
minimizado.
� El número de etapas depende del tamaño de
alimentación a molienda.
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72
Los métodos de reducción de tamaños pueden agruparsede varias maneras, pero como la reducción ocurre enetapas, el tamaño de las partículas aporta el métodoprimario de agrupamiento.
Si el cuerpo de mineral es de carácter masivo, el minadoo extracción es en realidad la primera etapa de reducciónde tamaño. Generalmente se realiza con explosivos,aunque pueden usarse medios mecánicos en losminerales más blandos.
2.3 TIPOS, DESCRIPCION Y SELECCION DE CHANCADORAS
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73
El término chancado se aplica a las reduccionessubsecuentes de tamaño hasta 6mm a 25mm (aprox.),considerándose las reducciones a tamaño más finoscomo molienda.
Tanto el chancado como la molienda puedensubdividirse en etapas primaria, secundaria, terciaria yhasta cuaternaria.
Como estas etapas se relacionan con la maquinariaempleada los límites no son rígidos y en cualquieroperación puede que no se requieren todos.
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74
El chancado es aquella operación unitaria o grupos deoperaciones concernientes a la reducción de trozosgrandes a fragmentos de rocas, donde las partículasmás grandes en el producto van de 1/4" a 3/8".
El chancado puede dividirse en:
� Chancado grueso ↔ Chancador primario
� Chancado fino ↔ Chancador secundario - terciario
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75
La decisión en cuanto a qué tipo de chancadorutilizar, dependerá del tipo de material y aplicaciónque se quiera dar al material.
Las chancadoras son clasificadas de acuerdo altamaño del material tratado, con subdivisiones encada tamaño y de acuerdo a la aplicación de fuerzas.
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� Chancado primario
• Chancadoras giratorias• Chancadoras de mandíbulas• Chancadoras de rodillos
� Chancado secundario
• Chancadoras de cono• Chancadoras de cono cabeza corta• Chancadoras de rodillos• Chancadoras de martillo• Chancadoras de impacto
EQUIPOS UTILIZADOS
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Chancador primario : Fractura la mena dealimentación proveniente de la mina, desde 60" hasta8" ó 6" de producto.
Chancador secundario : Toma el producto delchancador primario y lo reduce en una pasada hasta 3"ó 2" de producto.
Chancador terciario : Toma el producto del chancadorsecundario o chancadores intermedios reduciendo elmaterial bajo 1/2" o 3/8".
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Abertura de alimentación de un Chancador Giratorio
El chancado primario puede ser realizado por unchancador giratorio o un chancador de mandíbula.
CHANCADO PRIMARIO
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El movimiento máximo de la cabeza ocurre en la
descarga, evitando los problemas de hinchamiento del
material. Debido a que chanca durante el ciclo completo,
tiene más capacidad que un chancador de mandíbulas
del mismo tamaño (boca); por ello se le prefiere en
plantas que tratan altos flujos de material.
CHANCADOR GIRATORIO
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Chancador Giratorio
(Primario)