1.- Fundamentos teoricos de molienda

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1.0 FUNDAMENTOS TEÓRICOS APLICADOS A PLANTAS CONCENTRADORAS DE SULFUROS DE COBRE

1.1

FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE MOLIENDA

Al finalizar satisfactoriamente el estudio de este tópico, Usted debe ser capaz de: 1.1 Identificar tipos de molienda 1.2 Identificar y relacionar las variables con el tipo de operación 1.3 Aplicar conceptos básicos referidos al lenguaje de molienda 1.1.1 MOLIENDA La última etapa de reducción de tamaño que permite obtener la liberación de partículas útiles de la mena, necesaria para la posterior concentración del mineral por flotación, es la correspondiente a la molienda. En esta etapa se reduce el tamaño de las partículas por una combinación de mecanismos de impacto y abrasión. La molienda se realiza en un molino rotatorio de carga, el que consiste en: un recipiente cilíndrico de acero, provisto con revestimientos renovables contra el desgaste, entre los cuales se ubican dispositivos denominados liners, que permiten aumentar el levante de la carga. Un molino rotatorio de carga contiene además, una carga suelta de cuerpos de trituración, denominados medio de molienda. Al girar el molino provoca que los elementos contenidos en su interior se muevan en conjunto y generen la reducción de tamaño. El medio de molienda puede ser: bolas o barras de acero, guijarros y en algunos casos, la misma mena (molienda autógena). La característica distintiva de un molino rotatorio de carga es el uso de cuerpos de trituración sueltos, que son grandes, duros y pesados en relación a las partículas de mena, pero pequeños en relación al volumen del molino y que ocupan ligeramente menos de la mitad del volumen del molino. En el procesamiento de minerales la molienda es un proceso continuo, donde el material se alimenta a una velocidad controlada desde las tolvas de almacenamiento hacia un extremo del molino y se descarga por el otro, después de un tiempo de residencia o permanencia apropiado. El control del tamaño del producto se realiza por el tipo de medio de molienda que se usa, velocidad de rotación del molino, naturaleza de la alimentación de la mena y tipo de circuito que se utiliza. Las operaciones de molienda son caras, por el alto consumo de energía, alto costo de los medios de molienda y desgaste de los equipos. Por esta razón, el material se debe moler hasta satisfacer los requerimientos metalúrgicos: de liberación de tamaño y minimización de la generación de lamas finas. El tamaño del material alimentado es de alrededor de 3/8”, mientras que el del producto corresponde a consideraciones técnicas y económicas, variando entre 200 a 35 mallas Tyler. La molienda se realiza generalmente, en dos etapas: la primera desde el tamaño de descarga de la planta de chancado hasta un producto de aproximadamente 10 mallas y la segunda desde 10 mallas hasta obtener un producto liberado de 35 a 200 mallas o algunas veces más finos. Una vez que las partículas de minerales han adquirido el tamaño adecuado, son retiradas del circuito a través de operaciones de clasificación.

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1.1.1.1 Tipos de Operación de Molienda Se distinguen varios tipos de operación de molienda, a continuación revisaremos algunos que son más relevantes para el alcance de éste tópico. a)

Molienda convencional por bolas

Es un método de reducción de tamaños de partículas en que el medio moledor está constituido por bolas de acero. Las bolas de acero generalmente son esféricas, pero pueden presentar formas variadas: cónicas, cilíndricas u otras formas irregulares. La dureza de las bolas varía en el rango de 350 a 700 de dureza de Brinnell. La eficiencia de la molienda depende del área superficial del medio de molienda. Así, las bolas deben ser tan pequeñas como sea posible. Su carga se gradúa de manera tal, que las bolas grandes sean suficientemente pesadas como para moler las partículas más grandes y más duras que las partículas de alimentación. El volumen de la carga de bolas corresponde a alrededor del 40 a 50 % del volumen interior del molino. Es posible utilizar una carga levemente mayor o igual al 50 % del volumen total del molino, para maximizar el consumo de potencia en la molienda. Los molinos de bolas se clasifican por la potencia, más que por la capacidad. Varios factores influyen sobre la eficiencia de la molienda en los molinos de bolas. La densidad de la pulpa de la alimentación debe ser tan alta como sea posible y compatible con la facilidad de fluir a través del molino. Una pulpa demasiado diluida aumenta el contacto de metal a metal, produciendo un elevado consumo de acero y reduciendo la eficiencia de la molienda. Debe considerarse además, que la viscosidad de la pulpa aumenta con la finura de las partículas, por consiguiente los circuitos de molienda fina requieren menos densidades de pulpa. b)

Molienda Autógena

Es un método de reducción de tamaño en el cual los medios moledores, están formados principalmente por colpas de la mena que se procesa, obtenidas y seleccionadas de una etapa de reducción de tamaño anterior. El uso de material como medio de molienda en molinos autógenos hace que la selección y operación de estos molinos sea más complicada y dependa fuertemente de las características del mineral. Dos aspectos deben ser evaluados en el mineral para desarrollar con éxito este tipo de molienda: •

La capacidad de las colpas grandes para soportar los impactos sin fracturarse fácilmente y conformar los medios de molienda en el interior del molino (competencia del mineral a la molienda autógena).

•

La eficiencia energética con que se molerá el mineral en el molino.

c)

Molienda Semiautógena

Es un método de reducción de tamaño en el cual los medios moledores, están formados tanto por colpas de la mena que se procesa, como por un porcentaje del volumen total del molino correspondiente a bolas de acero. Este porcentaje puede variar entre un 4 a 14%, siendo el valor más usado un 8%. La carga máxima de bolas corresponde a valores de 12 a 14%, límite impuesto por el desgaste excesivo de las bolas y liners, y además por los problemas mecánicos que surgen al usar cargas de bolas mayores. La determinación de la carga de bolas óptima es finalmente un problema de carácter económico pues una de las principales ventajas de costos para los sistemas autógenos es el bajo consumo de acero. En este tipo de molienda también se requiere evaluar la competencia del mineral a la molienda autógena.

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Operaciones Concentradora Laguna Seca – MODULO 1 Existen dos razones generales para la adición de bolas a la molienda autógena, transformándola en molienda semiautógena: •

Cuando se tiene una excesiva acumulación de mineral fino e intermedio, debido a una falta de colpas grandes en la alimentación al molino, que permita formar una carga apta para moler esos tamaños.

•

Cuando existe una acumulación de rocas grandes, debido a la incapacidad de la carga para romper esos tamaños.

En ambos casos, el uso de bolas incrementa las tasas de molienda de los tamaños críticos y favorece la capacidad de tratamiento. La molienda autógena y semiautógena se caracterizan por emplear una parrilla de descarga, a fin de evitar que el material grueso escape del molino. La descarga se produce una vez que el material alimentado al molino ha sido reducido a un tamaño menor o igual que las aberturas de la parrilla (de ½” hasta 3”). La parrilla actúa como un clasificador del material saliente del molino. Operacionalmente, la clasificación no es perfecta, quedando siempre retenida en el molino una fracción de mineral más pequeña que el tamaño de la abertura.

Comparación entre circuitos de molienda convencional y semiautógena La principal ventaja de la aplicación de circuitos de molienda semiautógena respecto de la molienda convencional radica en el ahorro de costos de capital y de operación, particularmente para operaciones de gran escala en cobre y molibdeno. Aún cuando el costo en energía aumenta con la molienda SAG, este costo resulta ampliamente compensado por los ahorros en las etapas de chancado secundario y terciario, consumo de acero, mantención y mano de obra. Obviamente estas ventajas de la molienda SAG serán mayores cuanto mayor sea la moliendabilidad autógena del mineral y mientras mayor sea la atención a las mantenciones preventivas, mejoramiento de diseño, de revestimiento, cargas de bolas y parrilla del molino. Indique a qué tipo de operación de molienda corresponde la faena de Minera Escondida:

Circuitos de molienda Los circuitos de molienda consisten en uno o más equipos que reducen el tamaño de material procedente de la etapa de chancado. Generalmente, se incluyen en estos circuitos: los molinos, equipos de clasificación y los equipos de manipulación de materiales. Sep 2004 Rev. No. 1

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A) Circuito abierto Consiste en instalaciones en las cuales se tiene uno o dos molinos sin clasificación por tamaño en ninguna de sus secciones, no existiendo control en el tamaño del producto. La alimentación al circuito, mineral y agua, debe realizarse a una velocidad bastante baja, para asegurar que cada partícula permanezca el tiempo necesario en el interior del molino y se reduzca al tamaño deseado. La descarga continua a otra etapa del proceso.

B) Circuito cerrado Consiste en uno o más molinos y clasificadores mediante los cuales se entrega en forma eficiente el producto requerido. El material que descarga el molino, se separa en fracciones gruesas y finas en el clasificador. El bajo tamaño o fino corresponde al producto final y va a la etapa siguiente del proceso, en tanto que el material grueso o sobretamaño retorna al molino. Aunque normalmente cada circuito de molienda cuenta con alguna forma de clasificación, los molinos individuales pueden estar en circuito abierto o cerrado. El tamaño de clasificación es controlado por el equipo clasificador. Los clasificadores cierran el circuito. En los circuitos de molienda fina, que preceden a los procesos de flotación, se emplean ampliamente los hidrociclones. Estos equipos producen la clasificación del material por acción centrífuga, acelerando la clasificación de las partículas finas, dando separaciones mucho más claras y aumentando la carga circulante óptima. Los circuitos cerrados pueden clasificarse en: a)

Circuito cerrado en una etapa

Se emplea en molienda primaria y remolienda, cuando la alimentación a la molienda corresponde a un producto relativamente fino. b)

Circuito cerrado en dos etapas

El producto procedente de la trituración secundaria se alimenta directamente a la primera etapa de molienda. El material que descarga el molino se separa en el clasificador. El bajo tamaño o fino es el producto final y va a la etapa siguiente del proceso, en tanto que el material grueso o sobretamaño, se espesa antes de alimentarlo al molino de bolas. c)

Circuito cerrado, molinos en serie

Consiste en sistemas en los cuales se tiene dos o más molinos con una o más etapas de clasificación. Los molinos se disponen en serie a objeto de producir productos sucesivamente más finos. Se utilizan para maximizar la eficiencia y reducir el consumo de medios moledores (bolas). d)

Circuitos cerrado, molinos en paralelo

Incrementan la flexibilidad del circuito, puesto que las unidades individuales pueden operar en forma independiente, deteniendo o cambiando la velocidad del molino, sin afectar el diagrama de flujo. ¿El circuito de molienda de su faena, se enmarca en alguno de los vistos anteriormente. ¿Cómo lo describiría?

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1.1.2 VARIABLES DEL PROCESO DE MOLIENDA En general, las variables del proceso de molienda pueden ser clasificadas en: variables de diseño y variables operacionales.

Variables de Diseño a)

Velocidad crítica ( Nc ) del molino

La velocidad crítica de un molino, es la velocidad mínima a la cual la carga se centrifuga y se mantiene sostenida contra las paredes del cilindro del molino. En esta condición se impiden los efectos de catarata y cascada de los medios moledores, que son los efectos de los que depende la molienda. Su valor es posible obtenerlo cuando se iguala el peso del medio moledor con la fuerza centrífuga, que se produce debido a la rotación del molino. La velocidad crítica se obtiene en r.p.m., a través de la siguiente expresión:

Νc =

76, 6 D− d

(1.1)

Donde, D corresponde al diámetro interno del molino en pies y d al diámetro de los medios moledores en pies. Para valores de D mucho mayores que el diámetro de los medios moledores se puede utilizar:

Νc =

76, 6 D

(1.2)

b) Volumen de carga o nivel de llenado El volumen de carga en un molino de bolas (Vc) se expresa como una fracción del volumen total del molino (nivel de llenado). Cuando el molino está detenido el volumen de carga puede obtenerse en forma rápida midiendo el diámetro interno entre corazas y la distancia desde la superficie de la carga y el centro del molino. El cálculo de la fracción de llenado del molino (J), a partir de la altura depende de la geometría del molino y de la forma del molino, distinguiéndose dos casos: los molinos de forma cilíndrica y los de forma cilíndrica-cónica. Una representación del molino de forma cilíndrica y de forma cilíndrica-cónica, en estado de reposo con una carga de volumen, se representa en las Figuras 1.1 y 1.2, respectivamente.

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Figura 1.1. Molino cilíndrico

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Figura 1.2. Molino cilíndrico- cónico

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Donde: h: Altura medida desde la superficie de la carga y el centro del molino R: Radio interno del molino L: Largo interno del molino ψ :Angulo de los conos

Para molinos de forma cilíndrica, Vc = R 2 (θ − senθ ) L / 2 J=

(1.3)

arccos(h / R) − (h / R) ∗ 1 − (h / R) π

2

(1.4)

Para molinos de forma cilíndrica-cónica,

VC = π R 2 L(1 + ( D /(3L)tanψ ) J=

(arccos(t ) − tz ) C (t 3 ln((1 + z ) / t ) − tz) + π π (1 + C )

(1.5) (1.6)

Donde, z = 1 −(h / R ) 2

t=h/R ; y, C=(D/(3L)) tanψ

Al comparar el valor de porcentaje de llenado entre un molino cilíndrico y uno cilíndrico-cónico, con D/L=2, ψ y un mismo valor de h/R, se obtienen diferencias menores que 1,5% (absoluto), siendo suficiente entonces, emplear la forma más simplificada de un molino cilíndrico. Sin embargo, es necesario tener en cuenta que el volumen cilíndrico-cónico es un 18% mayor que el molino cilíndrico. La literatura proporciona tablas o gráficas que permiten obtener el nivel de llenado para distintas relaciones (h/R) y determinado molino.

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c)

Potencia versus carga en el molino La máxima potencia se consume en el caso de que la carga ocupe aproximadamente el 50% del volumen. Sin embargo, como puede verse en la figura la curva de potencia comienza a disminuir en el rango sobre 45%. De esta forma los molinos usualmente se mantienen a niveles de carga igual a 45%. La Figura 1.3 muestra la

45 %

Figura 1.3. Variación de la potencia con el flujo de alimentación

variación de la potencia con el flujo de alimentación.

d) Tamaño del molino El tamaño del molino se determinará sólo en base a la potencia requerida para moler. La estimación del tamaño puede realizarse en base a fórmulas empíricas, proporcionadas generalmente por los fabricantes de molinos (Allis Chalmers, Norberg, etc. )

Variables Operacionales a)

Velocidad del molino

En la práctica los molinos operan a velocidades de 50 a 90% de la velocidad crítica, la selección de la velocidad está influenciada por consideraciones económicas. El aumento en velocidad aumenta la capacidad, pero existe poco aumento en la eficiencia (Kwht -1) alrededor de 40 a 50% de la velocidad crítica. Cuando no se puede tener una capacidad total del molino, algunas veces se usan velocidades muy bajas.

Los molinos de bola operan normalmente entre 70 a 80% de la velocidad crítica, frecuentemente se usan las velocidades más altas, para aumentar la cantidad de catarata que se desea para quebrar las alimentaciones gruesas o duras. Los molinos autógenos generalmente trabajan al 80-85% de la velocidad crítica. b) Porcentaje de sólido en el molino El porcentaje de sólido de la pulpa en el interior del molino, se regula normalmente con adiciones de agua. En general se desea obtener una pulpa, que no sea ni tan diluida, como para que las partículas Sep 2004 Rev. No. 1

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Operaciones Concentradora Laguna Seca – MODULO 1 no se adhieran a las bolas, ni tan espesas de modo que la alta viscosidad impida el choque de las bolas entre sí y con la carga. c)

Tamaño de Bolas

La composición de la carga de medios de molienda, es la variable más importante en el circuito de molienda. Es así como a las bolas grandes, se le asocia la sobremolienda de las partículas; mientras que al emplear bolas chicas se produce una molienda gruesa o submolienda. d) Carga circulante y eficiencia de clasificación A menudo, al operar un circuito de molienda, con eficiencia de clasificación baja, se traduce en aumentar la cantidad de finos que salen por la descarga del hidrociclón (underflow) y que deben en realidad salir por el rebose del hidrociclón (overflow), constituyendo lo que se denomina corto circuito de finos, lo anterior lleva consigo un aumento en la carga circulante que retorna al molino, vale decir un aumento en la carga circulante. En general, si se mejora la eficiencia de clasificación, disminuirá el corto circuito de finos, y podrá por ende, disminuir la carga circulante y aumentar la alimentación fresca al molino, con el consiguiente aumento de capacidad, que es del mayor interés. Indique cuál es la velocidad óptima de operación de los molinos existentes en su faena. Justifique:

e)

Demanda de potencia en los molinos SAG La potencia P necesaria para rotar un molino, es una de las variables operacionales de mayor importancia en molienda autógena. Considérese la Figura 1.4, donde se muestra un molino de diámetro interno D rotando a una velocidad de N revoluciones por minuto (rpm) con una carga de mineral, bolas y pulpa de un peso de Mt toneladas.

Figura 1.4. Representación idealizada de la carga un molino en operación.

de

Para mantener el molino en rotación debemos ejercer un torque que es proporcional al producto entro el peso Mt y la distancia o brazo b. El punto G es el centro de masas de la carga. El brazo b es la distancia entre el centro de masas G y el eje vertical de simetría del molino. Conociendo como varían estas cantidades con las condiciones de operación, podremos saber como se ve afectada la potencia.

En un primer análisis podemos establecer lo siguiente: Sep 2004 Rev. No. 1

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Operaciones Concentradora Laguna Seca – MODULO 1 a) El producto Mt x b entrega el torque que se necesita ejercer para mantener el molino en movimiento. b) El brazo b aumenta con el ángulo de reposo. En consecuencia cualquier factor que afecte este ángulo afectará del mismo modo a la potencia. c) A medida que el nivel del molino aumenta, Mt se incrementa y b disminuye. Si el molino se encuentra vacío, el factor Mt es cero, y si está completamente lleno entonces b es cero, es decir en ambos casos el torque (Mt x b) es cero. Por lo tanto, debe existir entre estos dos extremos un nivel de llenado del molino para el cual la potencia tiene un valor máximo como se muestra en la Figura 1.5. d) Para un peso Mt constante, si la carga tiene una mayor densidad ocupará menos volumen y b se incrementará con lo cual la potencia se hace mayor. e) Para el volumen de llenado constante, si la carga tiene una mayor densidad aumenta su peso Mt y la potencia crece. Es importante notar que pequeñas variaciones en la capacidad de levantar su carga, afectarán considerablemente la potencia del molino. Por ejemplo si α pasa de 40 a 45° la potencia aumentará en un 10 %, si el resto de las condiciones permanecen constantes. Además los puntos d) y e), mencionados en el párrafo anterior nos muestran la importancia de la densidad de la carga para determinar la potencia demandada por el molino. Figura 1.5 Demanda de potencia de un

molino semiautógeno en función del llenado (J) para distintos niveles de carga de bolas ( JB ).

Por otro lado, se sabe que para una carga fija de bolas, la densidad varia con el nivel de llenado. Este efecto se hace sentir en la potencia y se representa en la Figura 1.5, donde la potencia se expresa como una fracción del valor de una potencia de referencia (Potencia relativa = Potencia demandada/ Potencia máxima con JB = 16 %)

Factores que afectan la operación de un molino semiautógeno a) Flujo de alimentación fresca El flujo de alimentación fresca influye en el volumen de la carga, y consumo de potencia de un molino semiautógeno. El flujo de alimentación y la potencia, también quedan relacionados puesto que el volumen de la carga tiene un efecto directo en el consumo de la potencia Si las características del mineral y las condiciones de operación del molino son constantes, al aumentar el flujo de alimentación, mayor será el volumen de la carga del molino. En la práctica el nivel de la carga se controla ajustando el flujo de alimentación. Existe un flujo máximo bajo el cual es posible operar en forma estable un molino SAG. Un aumento en el flujo de alimentación es balanceado con un incremento en la tasa de molienda, producto Sep 2004 Rev. No.Figura 1

1.6 Variación de la potencia con el flujo de alimentación

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Operaciones Concentradora Laguna Seca – MODULO 1 de una mayor acumulación de material grueso en el molino. Si se continúa aumentando el flujo de alimentación al molino, este comenzará a llenarse aumentando la potencia tomada por el motor. Sin embargo, se llega a una situación de desequilibrio, donde cualquier incremento adicional en el flujo de alimentación al molino no produce el aumento necesario en las tasas de molienda, provocando que el molino se llene rápidamente y se ahogue. Es decir, se produce una sobrecarga del molino. Bajo esta situación la potencia neta del molino comienza a decaer rápidamente. En esta condición de sobrecarga, la intensidad de la acción de molienda se reduce y la capacidad de tratamiento del molino disminuye. La Figura 1.6 representa la variación de la potencia con el flujo de alimentación. Frente a esta situación el operador detendrá la alimentación de sólidos al molino y permitirá que se vacíe (“grind out”). Luego reanudará la alimentación a una tasa más baja que permita una operación estable nuevamente. b) Distribución granulométrica en la alimentación La experiencia operacional ha mostrado que para un flujo de alimentación fijo, bajo condiciones de dureza normal y constante, donde los cambios de granulometría corresponden a problemas de segregación natural en el mineral, el volumen de la carga en el molino es menor, mientras mayor es la proporción de mineral grueso en la alimentación. Es decir, se logra una mayor capacidad de tratamiento, para un volumen de carga constante, cuando el mineral de alimentación es más grueso. Lo anterior se debe a que la capacidad moledora del molino, está determinada por los medios de molienda, los cuales se forman a partir de las rocas de mayor tamaño en la alimentación. Si la cantidad de gruesos alimentados no es suficiente, la intensidad de la molienda en el molino será reducida y la capacidad del molino decrecerá. Por otro lado, si la cantidad o segregación de gruesos en la alimentación aumenta demasiado, o en caso contrario, la cantidad de finos aumenta demasiado, se tiene para las dos situaciones que el mineral se comportará aparentando ser más duro, traduciéndose esto en un alto consumo de energía específica, disminuyendo la capacidad de tratamiento del molino. Esta segregación del material puede ser controlada a través de los alimentadores que extraen el mineral desde los acopios, mediante un ajuste de la granulometría de alimentación fresca al molino dentro de ciertos límites, considerando que el alimentador que se encuentra más cerca del punto de descarga de la correa de alimentación al acopio entregará mineral más fino y los que se encuentran más lejos , mineral más grueso. Es importante destacar que para granulometría muy gruesa o muy fina, el mineral tendrá un alto consumo de energía específica, aparentando ser más duro (menor aptitud para ser molido en forma semiautógena). c)

Distribución de tamaño de la carga

Se ha demostrado que la distribución de tamaño de la carga en el molino, está determinada principalmente por la distribución de tamaños en la alimentación: mientras más gruesa es la alimentación, más gruesa es la carga. La distribución de tamaños de la carga, afecta la retención de pulpa en el molino, debido a que las tasas de descarga a través de la parrilla dependen de la permeabilidad de la carga, la que es función de su distribución de tamaños. En términos generales, mientras más gruesa es la carga más permeable será y mayores serán las tasas de descarga. d) Dureza del mineral No existe un control operacional directo sobre la dureza del mineral alimentado al molino. Mientras más duro es el mineral, mayor será el tiempo que toma su reducción de tamaño, por esto, para un flujo de alimentación constante, el volumen de la carga aumentará junto con la dureza del mineral. Sep 2004 Rev. No. 1

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Operaciones Concentradora Laguna Seca – MODULO 1 Si el molino está operado con un tonelaje inferior a su capacidad máxima, al aumentar el volumen de su carga consumirá más potencia y el cambio en la dureza se compensará con un aumento del consumo de energía por tonelada de mineral fresco. Sin embargo, si el molino está siendo operado a su máxima capacidad, un aumento de la dureza, producirá un sobrellenado que sólo podrá ser compensado con una disminución del tonelaje tratado. e)

Densidad y viscosidad de la pulpa

Un incremento en la densidad de pulpa favorece el incremento en la viscosidad de la misma, y se reducen las tasas de descarga, provocando un aumento del volumen de pulpa y de la potencia además de una disminución de la capacidad de tratamiento de mineral. Desafortunadamente, la densidad de la pulpa dentro del molino no puede ser medida directamente, de modo que lo que se mide y controla es la densidad de la pulpa en la descarga del molino. Es importante notar que ambas densidades, en la descarga y en el interior del molino, no son iguales. La retención de agua en el molino es generalmente menor que la de sólidos finos, de allí que la densidad de la pulpa al interior sea mayor que en la descarga. A través de la densidad de la pulpa, obtenida en la descarga, es posible controlar el nivel de la pulpa en el molino. Si se aumenta el agua de alimentación es posible descargar todos los finos con mayor rapidez. El aumento de la potencia se debe a un leve crecimiento de la masa en el molino y del ángulo de apoyo de la carga. Una pulpa más densa y viscosa favorecerá un ángulo de apoyo mayor que, significa mayor demanda de potencia. f)

Carga de bolas

Un factor que influye mucho, en la operación de un molino semiautógeno, es el volumen de la carga de bolas. El uso de bolas incrementa las tasas de molienda de los tamaños críticos y favorece la capacidad de tratamiento. Una distribución de bolas relativamente fina, con un tamaño máximo de 3 pulgadas (75 mm), es preferible cuando se tiene una excesiva acumulación de mineral fino e intermedio, debido a una falta de colpas grandes en la alimentación al molino, que permita formar una carga apta para moler esos tamaños. Una distribución de bolas más gruesa, de tamaño máximo de 5 a 5 1/2 pulgadas (127 a 140 mm), es más adecuada cuando existe una acumulación de rocas grandes, debido a la incapacidad de la carga para romper esos tamaños.

1.1.3 CONCEPTOS BÁSICOS DE MOLIENDA

1.1.3.1 Conminución Se denomina conminución a la operación de reducción de tamaño de un mineral. El objetivo de esta operación es obtener material de granulometría adecuada para su utilización directa o un tratamiento posterior. En las etapas de conminución, tanto los mecanismos que producen la reducción de tamaño, como el consumo de energía específica, suelen ser parámetros controlantes de la reducción de tamaño y granulometría final del producto.

1.1.3.2 Mecanismos de Conminución La reducción de tamaño en un molino se debe a la acción de tres tipos de mecanismos que pueden actuar simultáneamente: impacto, compresión y abrasión. La Tabla 1.1 define estos mecanismos. Sep 2004 Rev. No. 1

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Operaciones Concentradora Laguna Seca – MODULO 1 Tabla 1.1. Mecanismos de conminución Mecanismo

Definición

Ejemplo

Por impacto

Ocurre cuando la energía es aplicada rápidamente y es mayor que la que se necesita para romper la partícula, entonces la partícula se rompe en muchos pedazos con un amplio rango de tamaños.

Cuando bolas de gran tamaño (5”) son levantadas con suficiente energía, como para que se separen de la carga y caigan golpeando violentamente al mineral que se encuentra al pie del molino.

Por Compresión

Ocurre cuando la energía es aplicada lentamente y es la necesaria para llevar a la partícula justo a su punto de fractura, rompiéndola en unos pocos pedazos.

Cuando bolas y rocas de gran tamaño, que ruedan hacia el pie de la carga, comprimen partículas de tamaño intermedio y fino.

Por Abrasión

Ocurre cuando la energía es insuficiente para producir un quiebre de la partícula, obteniendo una fractura localizada.

Cuando las rocas están en contacto, se desgastan hasta que son suficientemente pequeñas como para ser fracturadas por bolas o partículas mayores.

Además de los tres mecanismos descritos anteriormente, se emplea el término astillamiento o “chipping” para nombrar específicamente la remoción de puntas y asperezas de una roca fresca. Este mecanismo entrega una distribución granulométrica similar a la obtenida por abrasión. Mencione y explique los principales mecanismos por los que ocurre el proceso de conminución en su faena.

1.1.3.3 Movimiento de la Carga en un Molino Debido a la rotación y fricción de la coraza del molino, el medio de molienda es elevado a lo largo del lado ascendente del molino, hasta que se alcanza una posición de equilibrio dinámico, cuando los cuerpos caen hacia abajo en cascada y catarata por la superficie libre de los otros cuerpos, alrededor de una zona muerta donde ocurre poco movimiento (hasta el pie de la carga del molino). La fuerza impulsora del molino se transmite por el revestimiento a la carga. La mayor parte de la energía cinética del movimiento de la carga hacia abajo se dispersa como calor, ruido y otras pérdidas, solamente se consume una pequeña fracción en el quebrado real de las partículas. El tipo de movimiento de la carga depende de la velocidad con que se rota el molino y de los levantadores de carga que tenga la coraza. La velocidad a la cual rota un molino es importante, puesto

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Operaciones Concentradora Laguna Seca – MODULO 1 que ésta gobierna la naturaleza del producto y la cantidad de desgaste sobre los revestimientos de la coraza, ver Tabla 2.2. Tabla 2. Efecto de la velocidad de rotación en el movimiento de la carga de un molino y la naturaleza del producto Velocidad de rotación Baja

Movimiento

Mecanismo

Observaciones

Los medios moledores tienden a Abrasión rodar suavemente, produciendo un efecto de cascada

Se genera gran cantidad de finos

Media

Los medios moledores se separan en Impacto el punto más alto y al caer desarrollan una trayectoria parabólica: efecto de catarata

Se producen partículas más gruesas y un menor desgaste de las corazas.

Alta (velocidad crítica)

La carga tiende a pegarse en la Mecanismos coraza: efecto de centrifugado abrasión compresión

Produce corazas

desgaste

Debe notarse que en la zona de catarata, los medios moledores caen libremente y no ocurre fractura, sino hasta que ellos impactan contra la carga o el cilindro. Figura 1.7 Zonas producidas por el movimiento de la carga.

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las

de Se reduce drásticamente la y ruptura por impacto

De acuerdo a los movimientos descritos en la Tabla 2.2, se distinguen varias zonas. En la Figura 1.7 se han representado las diferentes zonas que se generan por los movimientos de la carga en el interior del molino.

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de

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Operaciones Concentradora Laguna Seca – MODULO 1

1.1.3.4 Consumo de Energía de Equipos de Molienda En términos generales, la energía consumida en los procesos de chancado, molienda/clasificación y remolienda, se encuentra estrechamente relacionada con el grado de reducción de tamaño alcanzado por las partículas en la correspondiente etapa de conminución, aun cuando la eficiencia energética de estos procesos raras veces supera el 10 % del total de energía mecánica suministrada a los mismos. Los investigadores Rose y Sullivan demostraron que en las etapas de chancado y molienda convencional la energía mecánica transferida a las partículas de un mineral supera entre 100 a 1000 veces el consumo teórico de energía requerida para crear nuevas superficies; es decir, menos del 1% del total de energía entregada al equipo de conminución, es efectivamente empleada en la fragmentación de las partículas. En general, se ha logrado establecer que gran parte de la energía mecánica suministrada a un proceso de conminución se consume en vencer resistencias nocivas de diversos tipos, tales como: • •

Deformaciones elásticas de las partículas antes de romperse. Deformaciones plásticas de las partículas, que originan posteriormente la fragmentación de las mismas.

•

Fricción entre las partículas.

•

Vencimiento de la inercia de las piezas de la máquina.

•

Deformaciones elásticas de la máquina.

•

Producción de ruido, calor y vibraciones de la instalación.

•

Generación de electricidad.

•

Roce entre partículas y piezas de la máquina.

•

Pérdidas de eficiencia en la transmisión de la energía eléctrica y mecánica.

1.1.3.5 Teorías de Conminución Considerando que el mayor consumo de energía en una planta de concentración es absorbida por la conminución (alrededor del 80%), diversos investigadores han tratado de establecer la relación producida entre el consumo de energía y la reducción de tamaño que se produce. Los postulados de Kick, Rittinger y Bond son los más conocidos al respecto. a)

Teoría de Kick (1885)

Establece que la energía necesaria para producir cambios análogos en el tamaño de los cuerpos geométricamente similares es proporcional al volumen de estos cuerpos. Kick consideró que la energía utilizada en la fractura era aquella necesaria para deformar elásticamente a un cuerpo sólido ideal hasta el límite de su fractura. Despreció la energía adicional para producir la fractura. b) Teoría de Rittinger (1887) Postula que la relación entre la energía consumida y la reducción de tamaño, es proporcional a la nueva superficie creada. Rittinger Consideró sólo la energía necesaria para producir la fractura, una vez que el material ha llegado al límite de ruptura. c)

Teoría de Bond (1952)

Como los postulados de Kick y Rittinger no satisfacían todos los resultados experimentales observados en la práctica, y se necesitaba en la industria de una norma estándar para clasificar los materiales según sus respuestas a la conminución, Bond postuló una ley empírica que se denominó la “ Tercera Ley de la Conminución”. Dicha teoría puede enunciarse como sigue: Sep 2004 Rev. No. 1

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Operaciones Concentradora Laguna Seca – MODULO 1 “ La energía consumida para reducir el tamaño del 80% de un material es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del tamaño”. Tamaño del 80% corresponde a la abertura del tamiz ( en micrones) que deja pasar el 80 % en peso de las partículas del material analizado.

(3.1)

 1 Eb = Kb ∗  −  dp 

1 df

   

Donde : Eb = consumo de energía específica ( kwh/ton.corta), de acuerdo a la teoría de Bond. Kb = parámetro de Bond. dp = tamaño 80 % pasante del producto (µ m). df = tamaño 80 % pasante de la alimentación (µ m). Bond definió el parámetro Kb en función del Work Index, WI (Indice de Trabajo del material), que corresponde al trabajo total (expresado en kwh/ton corta) necesario para reducir una tonelada corta del material desde un tamaño teóricamente infinito hasta partículas que en un 80 % sean inferiores a 100 micrones (dp = 100 µ m; aproximadamente 67 % -200 mallas Tyler). Por lo tanto,

(3.2)

Sep 2004 Rev. No. 1

 1 Eb =10 WI ∗  −  dp 

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1 df

   

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