CUADERNILLO
TRITURACIÓN, MOLIENDA Y CLASIFICACIÓN
MEDELLÍN, JULIO DE 2014
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CONSULTOR: LUIS ALBERTO MESA SAUCEDO INGENIERO DE MINAS Y METALURGIA M Sc. INGENIERÍA METAÚRGICA M.P. 2411 TEL.: 578-82-13 CEL.: 313-694-90-18 E-MAIL.: luismesas@un.net.co, meza.luisalberto@gmail.com
TABLA DE CONTENIDO
1.
INTRODUCCIÓN...................................2
2.
OBJETIVOS DE LA TRITURACIÓN Y MOLIENDA.........................................3
3.
TRITURACIÓN........................................6
3.1
TIPO DE TRITURADORAS.....................11
4.
MOLIENDA..........................................20
4.1
TIPOS DE MOLINOS............................22
4.2
MOLINOS DE BARRAS Y DE BOLAS...25
5.
CRIBADO............................................32
5.1
SUPERFICIES DE CRIBADO.................33
6.
HIDROCICLONES...............................37
7.
BIBLIOGRAFÍA....................................40
INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN
1.
INTRODUCCIÓN
La preparación mecánica de los materiales es una etapa importante en el beneficio de la mayoría de los minerales porque implica la reducción de tamaño para producir partículas del tamaño y la forma requeridas para un determinado proceso, para liberar minerales valiosos de la ganga para su posterior concentración y para incrementar el área superficial para exponerla a los reactivos químicos. Las operaciones unitarias de reducción de tamaño se denominan TRITURACIÓN Y MOLIENDA, ligado a estos procesos se encuentra la separación por tamaños para obtener un producto final con un tamaño específico. Las operaciones para la separación por tamaños son EL CRIBADO Y EL HIDROCICLONADO. La función de un separador por tamaño es controlar el tamaño de mineral que se alimenta a otro equipo. Esto se debe a que todo equipo es capaz de manejar un tamaño óptimo de material en la forma más eficiente. Esta cartilla compendia brevemente los aspectos fundamentales de la trituración, molienda y clasificación de minerales; como también, los principales equipos actualmente empleados en estas operaciones unitarias.
2.
OBJETIVOS DE LA TRITURACIÓN Y MOLIENDA
Los principales objetivos de la reducción de tamaño de los minerales son: O Liberación del mineral valioso de la ganga antes de las operaciones de concentración. O Producir partículas de mineral o cualquier otro material de tamaño y forma definidos, las cuales puede ser: • PARTÍCULAS LIBRES: Son aquellas que están constituidas por una sola fase mineralógica, ya sea mineral valioso o ganga. • PARTÍCULAS MIXTAS: Son aquellas que están constituidas por dos o más fases mineralógicas. En las microfotografías 1 y 2 se muestran los granos de diferentes especies mineralógicas ligadas o asociadas en el agregado mineral. Cada color representa cada especie mineralógica contenida en el conjunto mineral.
Microfotografia 1: Minerales presentes: Bn: Bornita, Cp: Calcopirita, Cc: Calcocita, Q: Cuarzo y Tn: Tenantita. 3
2.
OBJETIVOS DE LA TRITURACIÓN Y MOLIENDA
Microfotografía 2: Minerales presentes: Bn: Bornita, Cp: Calcopirita, Cv: Covelita, G: Oro, Tn:Tenantita
En la Figura 1 se muestra partículas libres de cuarzo y galena y mixtas de cuarzo y galena cuando se le aplica las operaciones de trituración y molienda.
Figura 1. Partículas libres de cuarzo y galena y partículas mixtas de los mismos minerales no liberados.
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2.
OBJETIVOS DE LA TRITURACIÓN Y MOLIENDA
En la Figura 2 se muestra las diferentes etapas de reducción de tamaño y separación de un agregado compuesto de dos tipos de minerales.
Figura 2. Etapas de reducción de tamaño y separación mineral de un agregado de dos fases minerales.
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3.
TRITURACIÓN
Realmente, la primera etapa de reducción de tamaño es el minado del material mediante explosivos, aunque pueden usarse medios mecánicos en minerales blandos como en los depósitos aluviales. El término Trituración se aplica a las reducciones subsecuentes de tamaño hasta alrededor de 25 mm, considerándose las reducciones a tamaños más finos como Molienda. La fragmentación de los materiales se produce por la aplicación de diferente tipo de esfuerzos, a saber: o Fragmentación por Impacto: La fragmentación se produce por un golpe instantáneo y seco de un material solido duro sobre la partícula de roca o mineral, o por golpe de la partícula contra el sólido duro, o finalmente por golpes o choques entre partículas. En la Figura 3 se ilustra la trituración por impacto.
Figura 3. Trituración por Impacto
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3.
TRITURACIÓN
o Fragmentación por Atrición: La reducción de tamaño se produce por fuerzas de fricción que se generan entre dos superficies duras o entre partículas. De esta forma, se producen partículas bastantes pequeñas o también grandes. En la Figura 4 se muestra la fragmentación por atrición.
Figura 4. Trituración por Atrición
o Fragmentación por Corte o Cizalladura: La reducción de tamaño se produce debido a un esfuerzo cortante o de cizalla. Este tipo de fragmentación se presenta en la Figura 5.
Figura 5. Trituración por Corte o Cizalla. 7
3.
TRITURACIÓN
o Fragmentación por Compresión: La trituración se produce por acción de una fuerza de compresión generada entre dos superficies duras. La acción se ilustra en la Figura 6.
Figura 6. Fragmentación por compresión.
En la mayoría de los casos, estas acciones se utilizan combinadas. Los tipos de esfuerzos sobre partículas o trozos, tienen una importancia fundamental en la construcción de los equipos de trituración. Dependiendo de las propiedades físico-mecánicas y de las dimensiones (tamaños) de los trozos de mineral a triturar se selecciona uno u otro tipo de acción. Así, la trituración de materiales duros y quebradizos se efectúa por compresión, por corte y por impacto. Los materiales duros y viscosos se trituran por compresión y atrición. La trituración de minerales se realiza generalmente por vía seca.
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3.
TRITURACIÓN
El resultado de la trituración se caracteriza por la Razón, Relación o Índice de Reducción, RR, como el cociente entre el tamaño promedio (característico) para la corriente de alimentación y el tamaño promedio característico para corriente del producto de la trituradora. Se debe tener cuidado que sus magnitudes se refieran a la misma definición de tamaño de partícula; es decir, a un tamaño de partícula bien definido, como por ejemplo, F100, F80 o R36. En las Figuras 7 y 8 se ilustra el concepto de Relación de Reducción.
Figura 7. Ilustración de la Razón de Reducción
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3.
TRITURACIÓN
Figura 8. Razón de Reducción promedio para diferente tipos de Trituradoras.
La acción de trituración se realiza en los diferentes equipos por la aplicación de esfuerzos. Los cuales deben exceder los esfuerzos internos de resistencia del material. El punto de rotura de un material se determina de su curva esfuerzo-deformación. Esto constituye el punto de partida para la definición del sistema de trituración. Es claro que si el esfuerzo de trituración aplicado no es lo suficientemente grande e intenso no habrá fractura.
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3.1 TIPO DE TRITURADORAS Los principales equipos de trituración son: - TRITURADORAS DE QUIJADAS O MANDÍBULAS - TRITURADORAS CÓNICAS - TRITURADORAS DE MARTILLOS - MOLINOS DE RODILLOS O DE CILINDROS En la Figura 9 se muestra esquemáticamente una trituradora de mandíbula con sus respectivas partes y la Figura 10 se muestra una quebrantadora de quijadas.
Figura 9. Trituradora de Quijada: 1: Mandíbula móvil, 2: Mandíbula fija, 3: Biela, 4: Placas de Articulación, 5: Excéntrica, 6: Varilla y Resortes de Recuperación.
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3.1 TIPO DE TRITURADORAS
Figura 10. Trituradora de Quijadas.
En la Figura 11 se ilustra un corte esquemático de una trituradora cónica, mientras que en la Figura 12 se presenta una trituradora cónica.
Figura 11. Esquema de un Trituradora Cónica. 1: Cono triturador, 2: Mandíbula Fija anular, 3: Eje Vertical, 4: Parte inferior del eje montado excéntricamente, 5: Corona dentada, 6: Piñón, 7: Apoyo articulado parte superior , 8 Motor, 9: Entrada de Alimentación, 10: Salida de Producto, 11: Aplicación de Fuerza sobre los minerales, 12: Fuerza de Reacción.
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3.1 TIPO DE TRITURADORAS
Figura 12: Trituradora C贸nica.
En la Figura 13 y 14 se muestra Trituradoras primarias c贸nica y de mand铆bula de gran capacidad.
Figura 13. Trituradoras Primarias.
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3.1 TIPO DE TRITURADORAS
Figura 14. Trituradoras c贸nica y de mand铆bula mostrando entrada y salido de material.
En la Figura 15 se presenta un esquema de un molino de martillos el cual est谩 compuesto por una carcasa recubierta en su interior por placas de desgaste en donde se encuentra montado un eje horizontal que gira a gran velocidad y al cual se le sujeta los elementos de percusi贸n (Martillos).
Figura 15. Molino o Trituradora de Martillos. 14
3.1 TIPO DE TRITURADORAS
En la Figura 16 se muestra el esquema de un molino de rodillos o cilindros, el cual consta de dos cilindros del mismo diámetro que giran en sentido opuesto. El mineral es tomado por ambos cilindros y aplastado para lograr la fragmentación. Los cilindros son accionados por un motor y pueden ser lisos, estriados o dentados.
Figura 16. Gráfico esquemático de un molino de rodillos.
En la Tabla 1 se presentan las principales características de los diferentes tipos de trituradoras.
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3.1 TIPO DE TRITURADORAS Tabla 1. Principales características de Trituradoras
En la Figura 17 se muestra un diagrama de flujo de la operación de trituración con una zaranda o criba de tres pisos para clasificar material de acuerdo al tamaño y forma de las partículas.
Figura 17. Diagrama de flujo de una planta de trituración
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3.1 TIPO DE TRITURADORAS Las figuras 18 a 22 muestran la disposición de circuitos de trituración en forma abierta y cerrada indicando las características importantes de los mencionados circuitos.
Figura 18. Circuito abierto de trituración
Figura 19. Ejemplos de circuitos abiertos de trituración 17
3.1 TIPO DE TRITURADORAS
Figura 20. Circuito cerrado de Trituraci贸n
Figura 21. Caracter铆sticas de un circuito cerrado de trituraci贸n.
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3.1 TIPO DE TRITURADORAS
Figura 22. Ejemplos de circuitos cerrados de trituraci贸n.
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4.
MOLIENDA
La molienda es la operación unitaria final del proceso de Conminución, consistente en reducir de tamaño trozos procedentes de la trituración: media o fina (con dimensiones entre 50 a 2 mm) a un tamaño que se encuentra en el rango de malla 35 a malla 200 Tyler (molienda gruesa) y menores a malla 325 para la molienda fina. La molienda gruesa se conoce en la práctica como convencional. Según el destino que se le dé al producto, si la molienda antecede a un proceso de concentración el objetivo puede ser: • Desprender el mineral útil de la ganga a un tamaño lo más grueso posible. Este es el caso de la concentración gravimétrica en la cual se debe evitar la sobre producción de finos (lamas o lodos). • Obtener el tamaño apropiado para el proceso de concentración por flotación o para los procesos hidrometalúrgicos, en los que se requiere que el mineral útil esté expuesto en la superficie de cada partícula para que así puedan actuar sobre el mineral útil los reactivos utilizados en los procesos antes mencionados. Los tamaños de salida de los productos de molienda, según lo reporta la literatura especializada se presenta en la Tabla 2 y3.
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4.
MOLIENDA
Tabla 2. Clasificaci贸n de los productos de molienda
Tabla 3. Otra clasificaci贸n de los productos de molienda
La reducci贸n de tama帽o se realiza en un cilindro de acero rotatorio recubierto internamente con placas de acero al Cr-Mn para disminuir el desgaste denominado MOLINO.
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4.1. TIPOS DE MOLINOS Los molinos se clasifican de acuerdo al tipo de medios moledores empleados: MOLINOS DE BARRAS MOLINOS DE BOLAS MOLINOS AUTÓGENOS (AG) O SEMI-AUTÓGENOS MOLINOS DE PEBBLES (CUERPOS NO-METÁLICOS, NATURALES O FABRICADOS) Los molinos pueden operar en dos formas: • Discontinua: El molino se carga con el mineral, se cierra y se pone a girar por un tiempo determinado. Finalmente, se descarga para separar el material molido de los medios moledores. • Continua: El molino se carga por un extremo y se descarga el mineral molido por el otro lado. Solo se para realizarle mantenimiento. Este tipo de operación es la utilizada en los procesos de tratamiento de minerales. Los molinos pueden trabajar en circuito abierto o circuito cerrado. La operación en circuito cerrado debe de disponer de cribas, clasificadores mecánicos o hidrociclones a la salida del equipo para devolver el material de sobre-tamaño. El circuito cerrado se emplea en molienda con bolas o autógena. Generalmente, en molienda con barras se emplea el circuito abierto.
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4.1 TIPO DE MOLINOS La molienda se puede realizar por vía seca: molienda de materiales prácticamente secos (2% de humedad) y por vía humedad, formando una pulpa mineral con un contenido de agua superior al 30%. En la Figura 23 se muestra un molino rotatorio.
Figura 23. Molino rotatorio
MEDIOS MOLEDORES BARRAS: Las barras son fabricadas de acero con alto contenido de carbono y son empleadas para molienda gruesa y en por lo general en circuito abierto. Las barras tienen una longitud de 10 a 15 cm inferior a la longitud interna del molino.
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4.1 TIPO DE MOLINOS Bolas: Las bolas se fabrican de acero forjado y pueden estar aleado con Cr-Mo. Los molinos de bolas se utilizan para molienda fina. Los diámetros de las bolas pueden ser de 4 a 1 pulgadas. Propio mineral: Los cuerpos moledores son el propio mineral (Molienda Autógena) o un porcentaje de mineral y otro porcentaje de bolas (Molienda Semi-Autógena). Guijarros de sílex o porcelana: Estos cuerpos moledores se utilizan cuando se quiere evitar la contaminación por el desgaste del acero. REVESTIMIENTO DE MOLINOS Los molinos rotatorios se recubren interiormente con piezas intercambiables para resistir los impactos y la abrasión, proteger la carcasa del molino contra la corrosión y el desgaste, minimizar el deslizamiento entre los cuerpos moledores y el tambor para favorecer el volteo del mineral. Los revestimientos presentan resaltos o nervios que favorecen el movimiento de la carga del molino. Los revestimientos se fabrican de acero fundido, cerámica y más recientemente en caucho. En la Figura 24 se muestran algunos tipos de revestimiento.
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4.2
MOLINOS DE BARRAS Y DE BOLAS
Figura 24. Algunos tipos de revestimiento de molinos
Los molinos de barras son grandes cilindros dispuestos horizontalmente construidos con planchas de acero protegidas contra desgaste y la corrosiĂłn por revestimientos metĂĄlicos intercambiables. El molino gira sobre su eje horizontal apoyado en sus extremos sobre unos cojinetes cilĂndricos que descansan sobre unos soportes. En la Figura 25 se muestra un molino de barras.
Figura 25. Molino de Barras 25
4.2
MOLINOS DE BARRAS Y DE BOLAS
Los molinos de bolas son también cilindros o cilindro-cónicos con revestimientos interiores. Los cuerpos moledores son bolas con diámetro variable. Se emplean para obtener una granulometría en rangos diferentes: 0-30 µm y 0-200 µm. En la Figura 26 se muestra un esquema de un molino de bolas.
Figura 26. Esquema de un molino de bolas
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4.2
MOLINOS DE BARRAS Y DE BOLAS
Los parámetros importantes que caracterizan un molino de barras y de bolas son: Velocidad Crítica: Es la velocidad de giro mínima alcanzada por el molino para que la fuerza centrífuga sea suficiente para conseguir que las partículas queden adheridas a los revestimientos. La velocidad crítica de los molinos de barras y de bolas se puede calcular con la siguiente expresión: Vc = 42.3/√Dm En donde: Vc = Velocidad crítica, rpm Dm = Diámetro interno del molino, m Los molinos de barra operan a 62-68% de la velocidad crítica, mientras que los molinos de bolas trabajan a 72-77%. En la Figuras 27 y 28 se presenta la trayectoria de una partícula y el comportamiento de la carga en el interior de un molino ya sea de barras o de bolas.
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4.2
MOLINOS DE BARRAS Y DE BOLAS
Figura 27. Trayectoria de partĂculas al interior de un molino.
Figura 28. Comportamiento de la carga en el interior de un molino.
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4.2
MOLINOS DE BARRAS Y DE BOLAS
Volumen de los Medios Moledores Las barras y las bolas como medios moledores en el interior de los molinos ocupan un volumen sustancial: Molinos de Barras: El volumen ocupado por las barras est谩 entre 35 a 40%. Molinos de Bolas: El volumen ocupado por las bolas es de 40 a 45%. En las Tablas 4 y 5 se presentan la distribuci贸n de las cargas de barras y bolas. Tabla 4. Distribuci贸n de la carga de barras (% por peso).
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4.2
MOLINOS DE BARRAS Y DE BOLAS
Tabla 5. Distribución de la carga de bolas (% por peso).
Relación de Tamaño: Longitud y Diámetro Los molinos de barras se construyen con una relación entre Longitud (L) y Diámetro (D) no inferior a 1.25. AsÍ: Molinos pequeños (D< 1.5m): L = 2 – 2.5D Molinos Grandes: L = 1.5 – 2D Los molinos de bolas varían su relación de tamaño desde inferiores a 1:1 (L:D): L = 0.9D a L = 2D Relación o Coeficiente de Reducción La relación de reducción que puede alcanzar en los molinos rotatorios es la siguiente: Molinos de Barras: 12 – 20: 1, normalmente 16:1 20 – 25: 1 para circuito abierto 40 – 50: 1 para circuito cerrado 30
4.2
MOLINOS DE BARRAS Y DE BOLAS
Molinos de Bolas: 5 – 40: 1 circuito cerrado, razón óptima 100 – 1: 1 circuito cerrado, razón máxima En las Figuras 29 y 30 se muestra circuitos típicos de molinos de barras y de bolas.
Figura 29. Circuitos típicos de molinos de barras.
Figura 30. Circuitos típicos de molinos de bolas 31
5.
CRIBADO
El cribado se define como una operación de clasificación por tamaño de partículas de dimensiones variadas, obligándolas a enfrentarse a una superficie con aberturas (superficie de cribado) permitiendo el paso de aquellas partículas con dimensiones inferiores al tamaño de la abertura (pasante) y reteniendo o rechazando aquellas con un tamaño superior a la dimensión de la abertura (rechazo). En la Figura 31 se muestra una operación de cribado.
Figura 31. Operación de cribado
Los objetivos del cribado son: • Separar las partículas más gruesas contenidas en una mezcla para eliminarlas o enviarlas a una nueva etapa de fragmentación. • Realizar deslodado o deslamado para eliminar arcillas o material de naturaleza coloidal. • Obtener un producto que cumpla especificaciones técnicas requeridas. • Eliminar eso de agua (desaguado).
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5.1
SUPERFICIES DE CRIBADO
Las superficies de cribado se pueden clasificar en estáticas o vibratorias o dinámicas como se muestra en la Tabla 6. Tabla 6. Clasificación de las superficies de cribado
Los equipos de cribados se pueden construir así: Parrillas o Grizzlies: Son pedazos de rieles separados a la distancia de separación de acuerdo al tamaño del material. Zarandas Vibratorias: Construidas con pedazos de rieles o de hierro fundido, como se muestra en Figura 32.
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5.1
SUPERFICIES DE CRIBADO
Zarandas con Placas Perforadas: Como su nombre lo indica son fabricadas con placas de acero perforadas, como se ilustra en la Figura 33. Zarandas con Malla Metálica: Estas son fabricadas con mallas de acero como se muestra en la Figura 34. Trommels: Estas cribas giratorias son fabricadas en forma cilíndricas con mallas metálicas, como se ilustra en la Figura 35. Se usan en las operaciones de dragado aurífero.
Figura 32. Criba vibratoria fabricada con rieles
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5.1
SUPERFICIES DE CRIBADO
Figura 33. Criba vibratoria fabricada con placas perforadas.
Figura 34. Criba vibratoria fabricada con malla metรกlica. 35
5.1
SUPERFICIES DE CRIBADO
Figura 35. Criba cilíndrica o Trommel.
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6.
HIDROCICLONES
Los hidrociclones son equipos de separación por tamaño construidos de forma cilindro-cónicos como se muestra en la Figura 36 en donde Dc es diámetro del hidrociclón y las demás dimensiones son función de Dc. Se utilizan extensamente en circuito cerrado en molienda fina en la plantas de beneficio de minerales.
Figura 36. Esquema un hidrociclón
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6.
HIDROCICLONES
Las principales características de estos equipos son: O Rango de diámetro: 10 mm a 2.5 m O Rango de corte: 2 a 250 µm O Capacidad: 0.1 a 7200 m3/h de pulpa O Caída de presión: 0.34 a 6 bar O Máxima concentración de sólidos: 50% Se debe mantener una caída de presión garantice un caudal estable y origine un campo centrifugo de magnitud considerable para que sea posible la separación. La capacidad y la eficiencia varían en forma inversamente proporcional: a mayor capacidad menor eficiencia y viceversa. En las Figura 37 se muestra un corte esquemático de un hidrociclón y en la Figura 38 se ilustran hidrociclones de diámetros diferentes.
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6.
HIDROCICLONES
Figura 37. Corte esquemรกtico de un hidrociclรณn
Figura 38. Hidrociclones de diferentes diรกmetros. 39
7. BIBLIOGRAFÍA ] • SANCHEZ-ZAPATA, L.E., Módulo 4 Y 5: TRITURACIÓN Y MOLIENDA DE MINERALES, PROGRAMA MODULAR: PROCESAMIENTO DE MINERALES AURO-ARGENTÍFEROS, CONVENIO: UNIVERSIDAD NACIONAL-FACULTAD DE MINAS-MINERALCO-SENA, 1992. • TAGGART, A.F., HANDBOOK OF MINERAL DRESSING, JOHN WILEY & SON., NEW YORK, 1954. • GAUDIN A.M., PRINCIPLES OF MINERAL DRESSING, MCGRAW-HILL BOOH CO., NEW YORK, 1939. • PRYOR E.J., MINERAL PROCESSING, A.S. PUBLISHERS LTD., LONDON, 1965. • CURRIE, J.M., UNIT OPERATIONS IN MINERAL PROCESSING, C.S.M PRESS, BRITISH COLUMBIA, 1976. • FROHLING, E.S., AND LEWIS, F.M., MINERAL PROCESSING PLANT DESIGN, SOCIETY OF MINING ENGINNERS, NEW YORK, 1978, pp 3-10. • KELLY, G. & SPOTTISWOOD, D.J., INTRODUCTION TO MINERAL PROCESSING, JOHN WILEY & SONS, NEW YORK, 1982. • LYNCH, A. J., MINERAL CRUSHING AND GRINDING CIRCUITS, E.S.P.C, AMSTERDAN, 1977.
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