Técnicas experimentales de metalurgia y química

Laboratorio N°2:

“Muestreo y medición de distribución granulométrica”

Profesor: Jaime Simpson A.

Ayudante: Martín Pino C.

Estudiantes: Gonzalo Muñoz.

Rodrigo Seco.

Fecha experiencia: / /09

Fecha de entrega: 09/12/09

Segundo Semestre

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENERIA

DEPARTAMENTO DE METALURGIA

ResumenDando inicio al segundo laboratorio de técnicas experimentales, se procedió a cuartear 10 kg de

mineral 100% bajo 10# Tyler de muestra y extraer 6 muestras representativas de por igual cada

una.

Por una parte, luego de pesar los molinos que procesaran las 5 primeras muestras, se

calcula la cantidad de agua necesaria midiendo el volumen de dichos contenedores hasta

una marca previa, para luego extraerlas, filtrarlas, secarlas y tamizarlas según la siguiente

tabla.

tiempomolienda

70 15 min

70 25 min

65 15 min

60 25 min

Así poder analizar las masas de cada porción de tamices y calcular la distribución

granulométrica, la cual debería ser de porcentaje bajo 200# para los ensayos de molienda.

Por otro lado una sexta muestra se llevo directamente a tamizaje durante 15 minutos, luego

se realizo un análisis granulométrico, con la idea de obtener porcentaje bajo 65#.

Cabe mencionar que para los volúmenes de los molinos medidos en

molienda, se estimo la masa de bolas a emplear, bajo algunos supuestos

que serán explicados mas adelante.

Índice 1. Introducción………………………………………………………………………..... 4

2. Objetivos………………………………………………………………………………. 5

2.1 Objetivos principales……………………………………………………………... 5

2.2 Objetivos secundarios…………………………………………………………….. 5

3. Base teórica………………………………………………………………………...... 6

3.1 Definiciones relevantes…………………………………………………………... 6

4. Procedimiento experimental…………………………………………………….…. 8

4.1 Maquinas e instrumentos………………………………………………………… 8

4.2 Materiales………………………………………………………………………… 8

4.3 Procedimientos…………………………………………………………………… 9

5. Resultados…………………………………………………………………………….. 10

5.1 Resultados extracción de muestras representativa con proceso de molienda.11

5.1.1 Resultado primera muestra 70 Cp – 15 min …………………………….. 11

5.1.2 Resultado segunda muestra 70 Cp – 25 min ……………………………. 12

5.1.3 Resultado tercera muestra 65 Cp – 15 min ……………………………… 14

5.1.4 Resultado cuarta muestra 60 Cp – 15 min ……………………………….. 16

5.1.5 Resultado quinta muestra 60 Cp – 25 min ……………………………….. 18

5.1.6 Gráficos de 65# y 200# ………………………………………………….. 21

5.2 Resultados extracción de muestras representativa sin proceso de molienda .. 23

6. Análisis y discusión …………………………………………………………………. 25

6.1 Análisis Rodrigo Seco …………………………………………………………… 25

6.2 Análisis Gonzalo Muñoz ………………………………………………………… 26

7. Conclusiones ………………………………………………………………………… 27

7.1 Conclusiones Rodrigo Seco…………………………………………………….. 27

7.2 Conclusiones Gonzalo Muñoz ………………………………………………… 27

8. Bibliografía…………………………………………………………………………… 28

9. Anexos……………………………………………………………………………........ 28

1. Introducción

Así como la economía es tan impredecible debido a la multiplicidad de variables

que la afectan, también lo es la industria metalúrgica, la volatilidad de precios de

minerales y metales, su oferta y demanda, y diversidad de tamaños del particulado

de la mena. Por lo tanto es de suma importancia controlarlos adecuadamente; es

mas, de los tratamiento de mineral, el que mas energía consume, o sea el mas

costoso para la empresa, son los procesos de molienda y chancado. Por ende los

ingenieros metalúrgicos se enfrentan frecuentemente al problema de determinar los

tamaños de las partículas en las diferentes etapas con el fin de controlar y evitar

pérdidas considerables en el tratamiento.

Es relevante también para la programación del proceso de distintos frentes de

explotación, evaluar la operación global y control metalúrgico en una planta de

procesamiento de minerales y valorar los concentrados y productos finales.

Es una medición muy variable además, ya que las partículas de mineral que se

trabajan son muy irregulares y distintas unas de otras por su propiedad misma, la

cual dificulta su tratamiento porque no se pueden estandarizar exactamente. Se

observa finalmente en el experimento…….

2. Objetivos

2.1 Objetivos Principales

Evaluar el efecto del % sólido en la etapa de molienda secundaria de minerales

Determinar el porcentaje sólido óptimo.

Aprender y experimentar técnicas de muestreo granulométrico.

Evaluar el efecto del tiempo de agitación.

2.2 Objetivos secundarios

Introducir al aprendizaje el modo correcto de utilizar ciertas maquinas y

herramientas esenciales para las granulometría.

Obtener datos experimentales cercanos a los teóricos.

Reconocer la importancia de una muestra bien determinada.

Aprender a confeccionar un buen informe de laboratorio y obteniendo una buena

calificación

3. Base teórica

3.1 Definiciones relevantes.

Mena: llamaremos al conjunto de mineral más ganga.

Lote: porción cuyo material se desea estimar.

Muestra: porción representativa del lote.

Partícula: unidad compacta e indivisible de material durante una operación de

selección.

Tamiz: Malla metálica para el cribado de la piedra,

reteniendo las de mayor tamaño de la anchura de la

malla.

Molino de bolas: Un cilindro que usa bolas de acero como medio molienda. El

molino es usado para moler el mineral tan fino como sea posible

Ro-tap: Maquina con la que se agitan los tamices,

moviéndose tanto vertical, como horizontalmente.

Granulometría

Es la medición de los granos de una formación sedimentaria y el cálculo de la

abundancia de los correspondientes a cada uno de los tamaños previstos por una

escala granulométrica.

El método de determinación granulométrico más sencillo es hacer pasar las

partículas por una serie de mallas de distintos anchos de entramado (a modo de

coladores) que actúen como filtros de los granos que se llama comúnmente columna

de tamices. Pero para una medición más exacta se utiliza un granulómetro láser,

cuyo rayo difracta en las partículas para poder determinar su tamaño.(1)

4. Procedimiento experimental

Partícula Tamaño

Arcillas <0,002 mm

Limos 0,002-0,06 mm

Arenas 0,06-2 mm

Gravas 2 mm-6 cm

Cantos rodados 6-25 cm

Bloques >25 cmm

4.1 Maquina e instrumentos

Paño rodeador (1-1.2 mt2) de cuerina

Pala de trabajo muestreo

Molinos de bolas

Rotador de molinos

Balanzas digitales.

Regla 40 cm

Set de tamices

Ro-tap

Maquina de presión de aire

Maquina de filtrado por presión se aire

Horno

Bandejas metálicas

Brochas

Espátulas

4.2 Materiales

Mineral de granulometría fina (100% bajo 10#Tyler)

Agua

Papel de diario

Bolsas plásticas

4.3 Procedimientos

4.3.1 Extracción de muestras representativa con proceso de molienda.

Cuidadosamente se extraen 10 kg de mineral y se rolea 20 veces.

Se utiliza el método de paleo alternado para separar seis muestras representativas de

50 gr cada una.

Se guardan con una espátula dichas muestras en bolsas.

Se masan las bolas de cada molinos.

Se mide el volumen de los molinos para calcular la cantidad de agua necesaria para

el proceso.

Se procede a introducir el mineral, las bolas y el agua a cada uno de los molinos.

Se llevan estos “rotador de molinos”

Los tiempos: 1-15 min 2-15 min 3-25 min 4-25 min 5-15 min

Se vacían los molinos en una fuente cuadrada metálica, a través de un filtro para las

bolas, disparándole agua para asegurarse de vaciar todo el mineral.

Se procede a probar los filtros a presión de aire con un poco de agua, poniendo

papel de diario por debajo.

Luego de probadas dichas maquinas se realiza el filtro de todas las muestras.

Luego se saca la “torta” y se lleva al horno, para ser secado.

Se retiran las muestras ya secas y se pasan cada una por el set de tamices.

Se masan los harneros con el mineral dentro.

Se anotan los datos.

4.3.1 Extracción de muestras representativa con proceso sin molienda.

Cuidadosamente se extraen 10 kg de mineral y se rolea 20 veces.

Se utiliza el método de cono y cuarteo para separar 6 muestras representativas de

aproximadamente 166, 6 gr cada una.

Se guardan con una espátula dichas muestras en bolsas.

Se masan los tamices.

Se procede a introducir un de las muestras al ro-tap durante 15 min.

Se vuelven a masar los tamices con el mineral dentro.

Se anotan los datos.

5. Resultados

Para el análisis granulométrico se emplearon 11 tamices cuyas aberturas se ilustran en la

tabla 5.1.

Tabla 5.1 Mallas y sus respectivas aberturas en μm.

malla abertura log(abertura)

10 1700 3,230

14 1180 3,072

20 850 2,929

28 600 2,778

35 425 2,628

48 300 2,477

65 212 2,326

100 150 2,176

150 106 2,025

200 75 1,875

270 53 1,724

5.1 Resultados extracción de muestras representativa con proceso de molienda.

5.1.1 Resultado primera muestra 70 Cp – 15 min.

De la muestra seleccionada para ser sometida a molienda durante 15 min con un Cp

=

70 (983,6 g), tras ser filtrada y secada se sometió a un análisis de granos que arrojó

los datos de la Tabla 5.5, Además sabiendo el volumen del molino Vm

, la densidad

de acero ρb

, el nivel de llenado Jb

y la porosidad del fondo ε se estimo la masa de

bolas Mb

necesaria para la molienda (ver fórmula en el apéndice).

Tabla 5.5 Retenidos y Pasante de la muestra 70 Cp - 15 min.

abertura

Retenido

parcial

retenido

parcial %

retenido

acumulado

%

pasante

acumulado

%

log

(pasante)

1700 0,4 0,0 0,0 99,96 2,000

1180 3,1 0,3 0,4 99,64 1,998

850 2,9 0,3 0,7 99,35 1,997

600 6,7 0,7 1,3 98,67 1,994

425 1,2 0,1 1,5 98,55 1,994

300 8,2 0,8 2,3 97,71 1,990

212 51,7 5,3 7,5 92,46 1,966

150 150,7 15,3 22,9 77,14 1,887

106 242,8 24,7 47,5 52,45 1,720

75 360,7 36,7 84,2 15,78 1,198

53 107,0 10,9 95,1 4,90 0,690

-53 48,2 4,9 100,0 0,00

La figura 5.1 muestra como se comporta la muestra 70 Cp

– 15 min respecto a la original

Figura 5.1 Alimentación y Descarga 70 Cp

– 15 min

5.1.2 Resultado segunda muestra 70 Cp – 25 min.

Para realizar la molienda de esta muestra (776,5 g) se empleó un molino de

Volumen 5111,74 cm

3

, por lo tanto 9569,18 g de bolas de acero, luego se filtrar,

secar y rolear la muestra se sometió a un análisis de granos que arrojó la Tabla 5.7.

Tabla 5.7 Retenidos y Pasante, para en análisis de granos de la muestra 70 Cp - 25 min.

abertura Retenido

parcial

retenido

parcial %

retenido

acumulado

pasante

acumulado

log

(pasante)

% %

1700 0,2 0,03 0,03 99,97 2,000

1180 0,0 0,00 0,03 99,97 2,000

850 0,0 0,00 0,03 99,97 2,000

600 2,7 0,35 0,37 99,63 1,998

425 1,2 0,15 0,53 99,47 1,998

300 1,0 0,13 0,66 99,34 1,997

212 8,4 1,08 1,74 98,26 1,992

150 60,4 7,78 9,52 90,48 1,957

106 141,2 18,18 27,70 72,30 1,859

75 170,8 22,00 49,70 50,30 1,702

53 206,5 26,59 76,29 23,71 1,375

-53 184,1 23,71 100,00 0,00

La Figura 5.2 muestra como se comporta la muestra 70 Cp

– 25 min respecto a la

Alimentación.

Figura 5.2 Alimentación y Descarga 70 Cp

– 25 min

5.1.3 Resultado tercera muestra 65Cp – 15 min

Esta muestra fue de 941,7 g, el molino que se ocupo para la molienda tenía un

volumen de 5111,74 cm

3

, por lo tanto 9569,18 g de bolas de acero, luego se filtrar,

secar y rolear la muestra se sometió a un análisis de granos que arrojó la Tabla 5.8.

Tabla 5.8 Retenidos y Pasante de la muestra 65 Cp - 15 min.

aberturaRetenido parcial

retenido parcial %

retenido acumulado %

pasante acumulado %

log (pasante)

1700 0,0 0,00 0,00 100,00 2,000

1180 0,1 0,01 0,01 99,99 2,000

850 0,1 0,01 0,02 99,98 2,000

600 0,4 0,04 0,06 99,94 2,000

425 1,3 0,14 0,20 99,80 1,999

300 9,9 1,05 1,25 98,75 1,995

212 66,0 7,01 8,26 91,74 1,963

150 156,8 16,65 24,91 75,09 1,876

106 288,5 30,64 55,55 44,45 1,648

75 299,3 31,78 87,33 12,67 1,103

53 75,0 7,96 95,30 4,70 0,672

-53 44,3 4,70 100,00 0,00

La Figura 5.3 muestra como se comporta la muestra 65 Cp

– 15 min respecto a la

Alimentación.

Figura 5.3 Alimentación y Descarga 65 Cp

–25 min

5.1.4 Resultado cuarta muestra 60Cp – 15 min

Esta muestra fue de 974,6 g, el molino que se ocupo para la molienda tenía un

volumen de 5111,74 cm

3

, por lo tanto 9569,18g de bolas de acero, luego se filtrar,

secar y rolear la muestra se sometió a un análisis de granos que arrojó la Tabla 5.9.

Tabla 5.9 Retenidos y Pasante de la muestra 60 Cp - 15 min.

aberturaRetenido parcial

retenido parcial %

retenido acumulado %

pasante acumulado % log (pasante)

1700 1,5 0,15 0,15 99,85 1,999

1180 3,2 0,33 0,48 99,52 1,998

850 1,1 0,11 0,60 99,40 1,997

600 3,0 0,31 0,90 99,10 1,996

425 3,6 0,37 1,27 98,73 1,994

300 24,8 2,54 3,82 96,18 1,983

212 86,2 8,84 12,66 87,34 1,941

150 169,6 17,40 30,06 69,94 1,845

106 214,4 22,00 52,06 47,94 1,681

75 268,4 27,54 79,60 20,40 1,310

53 133,5 13,70 93,30 6,70 0,826

-53 65,3 6,70 100,00 0,00

La Figura 5.4 muestra como se comporta la muestra 60 Cp

– 15 min respecto a la

Alimentación.

Figura 5.4 Alimentación y Descarga 60 Cp

–15 min

5.1.5 Resultado quinta muestra 60Cp – 25 min

Esta muestra fue de 811,0 g, el molino que se ocupo para la molienda tenía un

volumen de 4987,59 cm

3

, por lo tanto 9336,77g de bolas de acero, luego se filtrar,

secar y rolear la muestra se sometió a un análisis de granos que arrojó la Tabla 5.10.

Tabla 5.19 Retenidos y Pasante de la muestra 60 Cp - 25 min.

aberturaRetenido parcial

retenido parcial %

retenido acumulado %

pasante acumulado % log (pasante)

1700 0,2 0,02 0,02 99,98 2,000

1180 0,1 0,01 0,04 99,96 2,000

850 0,1 0,01 0,05 99,95 2,000

600 0,1 0,01 0,06 99,94 2,000

425 0,3 0,04 0,10 99,90 2,000

300 0,9 0,11 0,21 99,79 1,999

212 12,4 1,53 1,74 98,26 1,992

150 75,8 9,35 11,09 88,91 1,949

106 206,6 25,47 36,56 63,44 1,802

75 276,5 34,09 70,65 29,35 1,468

53 148,9 18,36 89,01 10,99 1,041

-53 89,1 10,99 100,00 0,00

La Figura 5.5 muestra como se comporta la muestra 60 Cp

– 25 min respecto a la

Alimentación.

Figura 5.5 Alimentación y Descarga 60 Cp

–25 min

5.1.6 Gráficos de 65# y 200#

Tabla 5.20 Tiempo v/s porcentaje de sólido para la malla 65#

60 Cp 65 Cp 70 Cp15 min 87,34% 91,74% 92,46%25 min 98,26% 98,26%

Figura 5.6 Efecto del porcentaje de sólido para la malla de corte 65#

Figura 5.7 Efecto del tiempo para la malla de corte 65#

Tabla 5.21 Tiempo v/s porcentaje de sólido para la malla 200#

60 Cp 65 Cp 70 Cp15 min 20,4 % 12,67% 15,78%25 min 29,35% 50,3%

Figura 5.8 Efecto del porcentaje de sólido para la malla de corte 200#

Figura 5.9 Efecto del tiempo para la malla de corte 200#

5.2 Resultados extracción de muestras representativa sin proceso de molienda

De la muestra que no se sometió a molienda (1000 g), tras realizar el análisis de

granos se obtuvo la Tabla 5.2.

Tabla 5.2 Abertura de la malla en μm y sus respectivos pesos retenidos y al pasante

acumulado con su respectivo logaritmo para la alimentación.

Retenido

parcial

retenido

parcial %

retenido

acumulado

%

pasante

acumulado

% log (pasante)

1700 1,3 0,13 0,13 99,87 1,999

1180 75,9 7,59 7,72 92,28 1,965

850 114,2 11,42 19,14 80,86 1,908

600 145,2 14,52 33,66 66,34 1,822

425 124,2 12,42 46,08 53,92 1,732

300 89,5 8,95 55,03 44,97 1,653

212 93,4 9,34 64,37 35,63 1,552

150 75,7 7,57 71,94 28,06 1,448

106 50,3 5,03 76,97 23,03 1,362

75 53,1 5,31 82,28 17,72 1,248

53 44,6 4,46 86,74 13,26 1,123

-53 132,6 13,26 100,00 0,00

La relación entre el log (abertura) y Log (pasante) esta ilustrada en la Figura 5.1

Figura 5.1 Gráfico Log (Pasante) v/s Log (Abertura) para la alimentación

6. Análisis y discusión

6.1 Análisis Rodrigo Seco

Antes comenzar con la discusión de resultados, cabe mencionar que para el análisis

de las tablas obtenidas la diferencia de masa final respecto de la ingresada al rotap

fue sumada al fondo, suponiendo que esta perdida se debe principalmente a material

particulado extremadamente fino que se suspendió en le aire.

De los datos obtenidos al someter las distintas muestras a molienda, variando tanto

sus tiempos como Cp, se puede aducir que la molienda más efectiva en la

experiencia fue la de 70 Cp – 25 min dado que su razón de reducción fue la mayor.

Si se considera el efecto del porcentaje de sólidos para la malla de corte 65#, es

claro que para los 15 min el pasante acumulado esta al alza, al aumentar el Cp

aumentaría el pasante para la malla 65#, en cambio para los 25 min el pasante no

varía pero es mayor a los pasantes de los 15 min. Para la malla 200# el porcentaje

pasante es mayor, a mayor tiempo además marca un alza al considerar las moliendas

de 25 min y un estancamiento en las moliendas de 15 min.

Si se considera el tiempo de molienda para la malla 65# la muestra de 60 Cp a los

15 min marca un alza mientras que la de 70 Cp se estanca en el 98% por lo tanto se

podría asumir que el tiempo optimo para reducir la muestra bajo la malla 65# se

encuentra entre 15 y 25 min. Para la malla 200#, es claro que ambas están al alza

siendo mayor la pendiente de las muestras de 70 Cp por lo tanto la taza de cambio

entre abertura y tiempo es mayor lo que nos indicaría que a 70 Cp a un mayor

tiempo la cantidad Pasante bajo 200# sería mucho mayor, lo que concuerda con lo

dicho anterior mente respecto a las razones de reducción

6.2 Análisis Gonzalo Muñoz

En primer lugar se analizan las 5 muestras que se trataron con molino de bolas, las

cuales varian tanto en tiempo como porcentaje de sólido. Al observar las cinco

graficas es claro señalar que comparando las de 15 min con las de 25 min, el

porcentaje pasante del menor tiempo tiende a ser menor en ambas mallas (65y 200)

para los tres porcentajes de sólido, de lo que se deduce que el tiempo en los molinos

determina la eficacia de la molienda solo hasta un tiempo máximo en el que deja de

ser relevante (25min) ya que las curvas se mantienen alrededor de 2% del pasante

acumulado. Dualmente con el porcentaje de agua en el flujo, que al ser mayor

optimiza el tratamiento, también hasta un limite. Por lo tanto el es claro que la

molienda efectiva es la de 25 min y mayor Cp, pero que por los datos obtenidos, si

se aumentara en exceso el tiempo y el Cp, no mejoraría el proceso a niveles óptimos

en cuanto a costos se refiere.

Por otro lado al verificar estos resultados con los del ensayo sin molienda se aprecia

la desventaja de no procesar el mineral.

Todo lo anterior además se corrobora por las razones de reducción que se obtienen.

En segundo lugar las tablas de tiempo versus porcentaje de ambos cortes (65# y

200#) se aprecia, a diferencia de lo anterior mencionado, que entre el porcentaje de

65% y 70% de sólidos de malla 200# hay una disminución en cuanto al 60 de Cp, lo

cual probablemente se deba a la diferencia de la cantidad pasante acumulado que se

definió en el corte de 65#, lo cual sustente las deducciones antes planteadas.

7. Conclusiones.

7.1 Conclusión Rodrigo Seco

Los objetivos se cumplieron a cabalidad dado que se pudo evaluar el efecto del

porcentaje de sólidos en la molienda secundaria como quedó plasmado en la Tabla

5.21, Figura 5.9 y Figura 5.10, además se determinó el porcentaje de sólidos y

tiempo óptimo para todos los ensayos realizados y por último se conocieron los

diferentes instrumentos para realizar análisis granulométricos y moliendas en

laboratorio.

7.2 Conclusión Gonzalo Muñoz

Se aplicaron correctamente las técnicas de muestreo y la correcta manipulación

de instrumentos anteriormente aprendidas porque todas las mediciones

experimentales fueron cercanas a las teóricas.

Se evaluó correctamente el % sólido en la etapa de molienda, los gráficos fueron

similares y las perdidas dentro del rango optimo.

El tiempo óptimo de molienda se encuentra cercano a 25 min. ( Solo bajo

parámetros experimentales)

El Cp óptimo de molienda se encuentra cercano a 70 porciento. ( Solo bajo

parámetros experimentales

El operador manual en la extracción y preparación de muestras, es un factor

determinante, generalmente negativo.

El proceso se determina por el tiempo de agitación y el porcentaje de agua en la

mezcla del mineral, solo hasta un tiempo y Cp determinado.

Al aumentar en exceso ambas definiciones solo se consigue disminuir las

utilidades de la empresa. De ahí la relevancia de llevar a cabo un correcto

muestreo y medición de distribución granulométrica supervisada por un

ingeniero.

8. Bibliografía.

(1) es.wikipedia.org/Wiki/picn%c3%BBmetro, pag 1

(2) Preparación mecánica de minerales, Jaime Tapia, cap 2, pag 7-8

(3) Técnicas experimentales en ingeniería metalúrgica, Luis Magne, pag 14-15 y 19

9. Anexos

Agua ingresada al molino , Dado el porcentaje de sólidos Cp y sabiendo la masa

de mineral a ocupar en el ensayo .

Para estimar los valores del y calcular los de los distintos ensayos se ocupó

una interpolación mediante la siguiente expresión, se ocupará como ejemplo lo

usado para determinar el , es caso análogo para los .

El nos indica la abertura de la malla por la que pasa el 80% de la muestra, por lo

tanto se debe considerar el intervalo qe contiene el 80% pasante en el pasante

acumulado y además conoces las distintas aberturas dicho intervalo se muestra a

continuación para mejor comprensión.

abertura pasante acumulado %

850 80,86

600 66,34

Según lo anterior el está dado por la siguiente expresión

de lo que resulta

Razón de reducción.

, para cada uno de los ensayos.