Metalurgia General
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METALURGIA GENERAL INTRODUCCIÓN. Es un conjunto de operaciones físicas efectuadas sobre minerales extraídos de la corteza terrestre, que tienen como fin: 1. La separa separació ciónn de sólidosólido- líquid líquido, o, en el se obtiene obtiene uno o más más produc productos tos álido álidoss llamados concentrados. concentrados. !. "e descarta descarta otro otro producto producto llamado llamado relae relae que contien contienee la parte esteril esteril del mineral. mineral. #. Estas Estas definicion definiciones es es álida álida para el benefic beneficio io de minerales minerales no ferrosos ferrosos,, ferrosos, ferrosos, no metálicos $ carbones. CLASIFICACIÓN CLASIFICACIÓN DE LAS OPERACIONES MECÁNICAS. "e tiene 1. %ritu %riturac ración ión o c&anc c&ancado ado de de minera minerales les.. !. 'oncentra 'oncentración ción (separac (separación ión dolido dolido ) sólido* sólido* #. +e +esa saua uado do (sepa (separac ración ión sólid sólidoo ) líquido* líquido* . peracio peraciones nes cuad$u cuad$uante antess de transporte transporte $ almac almacenam enamiento iento.. RELACIONES DE LA METALURGIA CON OTRAS RAMAS Exploración eolóica
Exploración minera
Extracción metal2rica
4rocesamiento de minerales
0etaluria extractia
0etaluria física
/elae
'oncentrado Escoria ases residuales
0etales
DEFINACIÓN DE PROCESAMIENTO DE MINERALES. +entro de la metaluria extractia iene a ser el conjunto de operaciones $ procesos unitarios metal2ricos usados para concentrar los minerales. "e llama tambi3n preparación mecánica de los minerales porque su objeto es preparar las mena menass que que se obti obtien enee en las las labo labore ress mine minera ras. s. 4ara 4ara que que pued puedan an ser ser pasa pasado doss económ económica icamen mente te a un proce procesam samien iento to metal metal2r 2rico ico que se extrai extraia ann el metal metal contenidos en ellos.
Radio de concentración.concentración.- Es la relación existente entre el n2mero de toneladas de mineral de cabeza $ 3l n2mero de toneladas de concentrado promedio en el proceso total de la concentración, se interpreta como el n2mero de toneladas de mineral de cabeza que se requiere para obtener una tonelada de concentrado. (Ejemplo*. ALANCE METAL!RGICO ANÁLISIS GRANULUMETRICO El análisis ranulom3trico iene a ser la distribución de tama5os a tra3s de una serie estándar de tamices o cedazos (pueden ser %6LE/ ó 7"%0*
El anális análisis is ranul ranulom3 om3tric trico, o, tiene tiene por objeto objeto estud estudiar iar la compos composici ición ón ranul ranular ar de las mezclas de partículas, con el fin de conocer el tama5o promedio de las partículas, su olumen $ superficie, la separación de ellos de acuerdo con su tama5o, para determinar el tama5o de liberación de un mineral $ con el auxilio del análisis químico, ealuar los resultados r esultados metal2ricos. metal2ricos. En toda operación fundamental del beneficio, la ranulometría juea un papel importante (en (en form formaa fund fundam amen enta tall en la prác prácti tica ca meta metal2 l2r ric ica* a*,, en otro otross t3rm t3rmin inos os las las operaciones de concentración de minerales dependen en alto rado del tama5o o distribución de tama5o tama5o de partículas partículas que interienen en en estas operaciones, operaciones, esto es alioso iualmente para procesos piro metal2rico e &idrometaluricos. NECESIDADES " #ENTA$AS #ENTA$AS ECONOMICAS DE LA CONCENTRACIÓN
0u$ raras son las minas minas que obtienen obtienen un producto producto de laboreo que puede puede ser endidos endidos directamente sin nin2n tratamiento preio, la mecánica es que al mínimo extraia de su denuncio o concesión propia o arrendado un mineral con una le$ mínima explot exp lotabl ablee ( cut-of cut-off* f* mu$ mezcla mezclado do con especi especies es sin alor alor.. Las Las fundic fundicion iones es compran los minerales $ concentran que deben tener le$es mínimas dadas de ciertos metales para que su neocio al fundirla incluso castiue cuando sobrepasan porcentajes de impurezas como ", ars3nico, antimonio, antimonio, bismuto, mananeso mananeso etc. Los Los proc proced edim imie ient ntos os de conc concen entra traci ción ón mecá mecáni nica ca cues cuesta tann rela relati tia ame ment ntee mu$ mu$ poco poco compa comparad radoo con con los tratam tratamien ientos tos piro piro metal metal2r 2rico ico o &idrom &idrometa etalur luric icos, os, por lo tanto tanto económic económicamen amente te justificable justificable como como una etapa etapa intermedio intermedio $ fundición fundición,, las entajas entajas que ofrece la preparación mecánica son los siuientes: a* Economía Economía de fletes, fletes, por por concepto concepto de pao pao de un falso flete flete sobre sobre el material material est3ril est3ril que se descarta en las operaciones de concentración. El costo de transporte de la mina a la fundición es costosos a tal punto que el flete por transportar el mineral más pobre puede ser más eleado que el alor del contenido metálico. b* /educe la perdida del metal fino f ino en la fundición, puesto que al fundirse un mineral pobre se produce una fuerte cantidad de escoria, que siempre arrastra una eleada porción de alores. alores. c* /edu /educc cció iónn del del cost costoo tota totall de fund fundic ició iónn pues puesto to que que 3l nume numero ro de tone tonela lada dass de concentrados muc&o menos que 3l numero de toneladas de mineral bruto que abría de fundirse si no se concentra. d* 4ermite 4ermite realizar realizar una de la la mina en forma forma radonada radonada en cuant cuantoo se refiere refiere a las le$es le$es de los minerales minerales,, los minerales minerales proceden procedentes tes de la mina subterránea subterránea son más ricos que los minerales que producen del tajo, mezclando o cabeceando estos dos tipos de minerales es posible racionar la explotación de este recurso aotable. e* 8na empresa empresa metal metal2ric 2ricaa que funde funde minerales minerales de plomo plomo por por ejemplo: ejemplo: 4rocura que los minerales que se alimentan alimentan al &orno contenan más alto 9 de plomo. 7sí 7sí un mineral con le$es de cabeza de 9 de 4b. 6 ; 9 de ana o est3ril no podrá fundirse econ económ ómic icam amen ente te porqu porquee &abr &abría ía est3 est3ril ril que que esco escori rifi fica carr cons consum umie iend ndoo exce excesi sio o combustible, fundentes el mineral est3ril que contiene 9 de plomo $ 9 de ana se fundirá a un costo menor $ con resultados económicos para la empresa.
En realidad existen muc&as minas de ran olumen $ de poca le$ que más podrían ser operatias si no se dispusieran de procedimientos baratos $ eficientes para tratar $ enriquecer los minerales pobres que se obtienen como producto de la explotación de una mina
ANÁLISIS GRANULUMETRICO " REPRESENTACIÓN DE DISTRIUCIÓN DE TAMA%OS 1. O&'eti(o de an)*i+i+ ,ran*o/trico .- 8n análisis ranulom3trico iene a ser la distribución de tama5os a tra3s de una serie estándar de tamices o cedazos (puede ser %6LE/ o 7"%0* El análisis ranulom3trico tiene por objeto estudiar la composición ranular de las mezclas de partículas. 'on el fin de conocer el tama5o promedio de las partículas, su olumen $ superficie, la separación de ellas de acuerdo con su tama5o, para determinar el tama5o de liberación de un mineral $ con auxilio del análisis químico ealuar los resultados metal2ricos. En toda operación fundamental de beneficio, la ranulometría juea un papel importante, en otros t3rminos las operaciones de concentración de minerales dependen en alto rado del tama5o o distribución de tama5os de partículas que interienen en estas operaciones, esto es álido iualmente para procesos piro metal2ricos e &idrometaluricos. !. A0*icacione+ i0ortante+ de* an)*i+i+ ,ran*o/trico . a1 La eficiencia de los equipos de c&ancado $ molienda se estudian relacionando el trabajo efectuado $ los tama5os de los productos< cuando s3 c&anca o se muele en diferentes clases de c&ancadoras $ molinos. &1 La estimación de la potencia requerida $ consumos de enería para c&ancar $=o moler un mineral desde un tama5o de alimentación en un tama5o de producto determinado se &ace eficientemente a tra3s del análisis ranulum3tico
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c1 >l calculo de la eficiencia o performance de clasificación por tama5o de un clasificador &idráulico, un clasificador espiral, clasificador de rastrillo o un &idrociclon, a un tamiz, se estima con buena precisión, a partir del análisis de mallas del alimentado $ producto de tal operación. La operación de clasificación depende fundamentalmente del tama5o de las partículas minerales pues las fuerzas raitacionales $ centrífuas que se emplean, para las operaciones están relacionadas con su tama5o ranular.
d1 En la operación de concentración es esencial el tama5o ranular de las partículas. En todas las separaciones sea raitacionales man3ticas por flotación etc. El tama5o de las partículas, su superficie $ masa son elementos de ran importancia en el campo de las fuerzas que las efectu3, 7 demás son importantes en los procesos de concentración las perdidas $ el problema de los productos medios que son descritos mediante su ranulometría. e1 Las operaciones de eliminación de aua (espesado- filtrado* dependen de la composición ranulom3trica de los productos por estar relacionados con la fuerza de raedad (espezaje* con la porosidad (filtración* o con la superficie específica ( secado* 21 El análisis ranulom3trico es importante es estudios de inestiación:
1
31 i1 '1
Ejemplo estudio mineralóico, minero rafico $ ranulom3trico de productos intermedios de la flotación, relaes, cabeza con fines a mejorar los resultados metal2ricos de rados de concentración $ recuperación en plantas concentradoras En las operaciones de conminución ( reducción $ molienda * los problemas de liberación para minerales aliosos que presentan amarres mineralóicos, desimanados , solamente se pueden estudiar sobre la base del análisis ranulumrtrico $ de esta forma crean condiciones optimas para el proceso de flotación. 4ara la cuantificación de los circuitos de c&ancado de molienda $ en la determinación de cara circulantes El propósito principal del análisis ranulom3trico es el de c&equear la salida de la molienda (rado de molienda* o la manitud en que los alores se liberan de la ana a diersos tama5os de partículas. 4ara determinar la malla de liberación con a$uda del análisis químico.
SERIES DE TAMICES4 CEDA5OS O MALLAS
Los tamices se usan para medir el tama5o $ la distribución por tama5os de las partículas. Los cedazos son fabricados con alambres de acero o de aleaciones especiales, los que se tejen formando una red cuadricular de aujeros de diersas dimensiones $ cuidadosamente normalizados. La ?07LL7@ se define como el n2mero de &ilos metálicos (o de aberturas* por pulada, medidos se2n las direcciones de ellos. Existen diersos sistemas: 7mericanos, Anleses, Branc3s $ 7lemán.. • En el sistema americano las series %$ler (casi uniersalmente aceptado*, 7.".%.0. /itiner, /ic&ards $ Coer< En el sistema inl3s tenemos la serie +.".A, • • En el sistema Branc3s la serie 7fnor $ • En el sistema 7lemán la serie +AD. "e &ace notar que la serie A.0.0 pertenece al sistema americano. La malla ! de la serie %$ler, &a sido adoptada casi uniersalmente como patrón. Esta malla tiene ! &ilos, $ por lo tanto ! aujeros, en una pulada lineal. Las dimensiones del lado del cuadrado de la malla ! son de .F mm. ó .!; puladas. El propósito del análisis ranulom3trico es el c&equear la calidad de la molienda, la manitud en que los alores se liberan de la ana a diersos tama5os de partículas $ a$uda al estudio especifico de los constitu$entes de la 0ena. 0oderadamente, permite racionalizar el dise5o $ funcionamiento de las maquinas de trituración $ molienda. 8sando un /otap se debe sacudir la serie de tamices durante 1 minutos para minerales $ F minutos para carbones. %ambi3n se puede &acer el análisis ranulom3trico por ía &2meda siendo esta que nos proporciona resultados mu$ satisfactorios $ precisos. 4ara reportar los resultados obtenidos en un ensa$e ranulom3trico es preciso estar familiarizado con los siuientes definiciones:
6 AC 781 9 G7:1.- Es el porcentaje acumulatio positio. Esta constituido por todo el mineral que tiene una ranulometría ma$or que una malla (G* cualquiera es decir están constituido por todo los ruesos acumulados sobre la malla (9de rec&azo*.
6 AC 7-1 9 F 7:1 Es el porcentaje acumulatio neatio. Esta constituido por todo el mineral que tiene una ranulometría inferior a una malla (G* cualquiera, es decir es el porcentaje acumulado del mineral fino que atraiesa tal malla (9 passin* F7:1 9 6 PESO ó 6 PARCIAL.- Es el porcentaje en peso del mineral retenido en cada malla referido al peso total del mineral tamizado. MUESTRA REPRESENTATI#A EHE04L. "e desea realizar el análisis ranulom3trico de muestras de mineral cu$o resultado se tiene en el siuiente cuadro $ con los datos obtenidos realizar la representación ráfica del examen mineralóico lineal $ la cura trompo. "erie %$ler %$ler 7bertura en 0icrones ; ! !;F !1 1; 1 F # # #F -
0alla I !J # J K 1 1 ! !F #! I -
# 9 peso en rs
9 peso ó parcial
K 1! 1 ! !F !J ! 1J 1 !1
-
%
4orcentaje 7cumulado (G* (I* -
4orcentaje 7cumulado BG (-*
rs
B (G* I (G* 1 B(G* 1 ) (G* La serie de los tamices se estandarizan siuiendo una reducción de ) $ de * para la serie doble. 7sí para la serie normal. La malla inmediata anterior tendrá una abertura de: Gi ) 1 Gi x * La malla inmediata posterior tendrá Xi +% $
* para la serie normal
Xi *
Gi %ama5o de la abertura del tamiz Ejemplo: La malla ! tiene una abertura de F micrones La malla anterior F * 1 micrones La malla referencial F micrones
malla 1 malla !
"erie %$ler 0alla I !J # J K 1 1 ! !F #! I -
%$ler 7bertura en 0icrones ; ! !;F !1 1; 1 F # # #F -
# 9 peso en rs
9 peso ó parcial
K 1! 1 ! !F !J ! 1J 1 !1 % 1JF rs
#.!1 K.! J.! 1.F 1. 1.;F 1#.#F ;.! J.! 11.!# 1 9
4orcentaje 7cumulado (G* (I* #.!1 ;.K# 1F.K !J.# !.F; F.FK F1.1# J.F JJ.FF 1.
4orcentaje 7cumulado BG (-* 1 ;K.F; ;.#F J!.# F1.K F.!1 !.! !J.JF 1;.! 11.!# -
4/MLE07: 8na planta concentradora trata 1 %'" por día del mineral con una distribución ranulom3trica, x 6 1( -------* .# 1;# 6 una le$ de plomo de !.;F 9. +el análisis arnulumetrico se tiene que el material I 1 mallas (1 micrones* ensa$a .#J 9 de plomo, calcule 8d. a* NLa le$ de plomo en el material -#! mallasO b* NEl respectio tonelaje del material -1 malas I #! mallasO "L8'APD
UNIDAD II TRITURACION " CONMINUCION Conce0to. %rituración llamado corrientemente circuito de c&ancado< de manera eneral se llama trituración a la operación de desinteración mecánica, en que cada trozo de mineral se trompe al contacto con otras partículas o por acción directa de la partes móiles de la maquina trituradora. La finalidad principal e inmediata de la trituración es la obtención de un producto que satisfaa las condiciones $ especificaciones sobre tama5o máximo o mínimo. Es una operación en el procesamiento de minerales que consiste en la preparación mecánica de minerales $ se define como la 4E/7'APD 8DA%7/A7 a desinterar un material un material sólido aplicando fuerzas de compresión $ en menor proporción fuerza de fricción, flexión, sisallamiento $ otros &asta framentos de Q a #=J de pulada. El contenido de &umedad en sólido (en el alimento* es importante en la reducción de tama5os cuando es inferior a 9 no &a$ dificultad, en cambio reduce la presencia de polos pero cuando es ma$or al 9 atasca la c&ancadora (primaria*.
CONMINUCIÓN
El t3rmino conminución es aplicado a la reducción de trozos randes a framentos peque5os de rocas. La conminución usualmente se llea a cabo en dos pasos separados que son: '&ancado $ • 0olienda •
FRED OND, en el a5o sesenta es que da ma$ores aportes definiendo como ?El proceso en el cual la enería cin3tica mecánica de una maquina u objeto de transferencia a un mineral producido en 3l, fricciones internas $ calor que oriinan su ruptura. 'omo el material es impactado con suficiente fuerza, mediante un solo contacto masio o por arios impactos peque5os, la resistencia crítica del material llea a excederse $ el material se rompe. +urante $ despu3s del impacto, la enería oriinal se considera como: •
• •
•
•
La enería cin3tica de traslación, tanto del cuerpo impactado así como del cuerpo impactante. La enería cin3tica de ibración de los componentes del cuerpo impactante La enería potencial almacenada como enería de deformación, en los componentes del sistema. El calor enerado por fricción durante la deformación, ó por amortiuamiento del moimiento ondulatorio. La nuea enería superficial del material fracturado ó quebrado.
La importancia de esta operación para el procesamiento de minerales, radica en que mediante ella, es posible liberar los minerales aliosos de los est3riles $ preparar las superficies $ el tama5o de las partículas para procesos posteriores de concentración. En el proceso de conminución se requiere un eleado consumo de enería, que representa el K 9 de los costos operatios de las plantas concentradoras. En el presente solamente se reisará la teoría de 'onminución de Bred Mond, que consiste en relaciones entre la enería consumida $ el tama5o de materiales producidos, por tener ma$or aceptación $ la que tiene ma$or alidez en la Andustria.
LA TEOR;A DE FRED C OND. La base del razonamiento de Bred '. Mond es de que el tama5o inicial de una partícula antes de ser reducida debe estar $a carado de una cierta cantidad de enería superficial acumulada mientras fuera reducida a un tama5o teóricamente a este tama5o inicial. 4ara partículas de formas similares el trabajo total impuesto para romper una cantidad de olumen será proporcional a 1= P donde 4 en el tama5o de la partícula. Este es el principio fundamental en que se basa la #ra. %eoría de Mond, postulando que el trabajo 2til total en fraccionar una partícula de cualquier tama5o es inersamente proporcional a la raíz cuadrada de la partícula.
En este sentido al reducir un tama5o inicial de alimentación G1 a otro tama5o de producto G! la enería impuesta enuelta en la operación será la diferencia entre el trabajo total impuesto absorbido en cada uno de estos tama5os de partículas. La amalla expresada en micrones que de un producto pasa el J9 del peso es de alor tomado como media del tama5o de partícula (G1 G! en la ecuación de Mond. La ecuación básica de la #ra. %eoría de comunicación es: 1 R Ri ( ---- x G!
1 ---- * G1
(1*
+onde Ri Es el Rord Andex, o el parámetro que expresa la resistencia del material para ser reducido. Dum3ricamente el ?RorS Andex@ representa los SiloTatts ) &ora por tonelada corta que se requiere para reducir un material de un tama5o teóricamente infinito a un tama5o de J9 menos 1 micrones. 4ara determinar el Ri. +e un mineral en el laboratorio existen m3todos estándar desarrollados por Mond $ usando equipo estándar dise5ado tambi3n por el mismo. "in embaro existen formulas desarrolladas por Mond que inclu$en la moliendabilidad del mineral o sea los ramos netos por reolución molidos $ pasan la malla que se esta &aciendo la prueba. 8na de estas fórmulas es la siuiente 4ara un molino de bolas de laboratorio: Wi $
-* Pi &"*
$ ,rp
&-*
x
%& P '&
#
%& F '&
+onde: . : Es una constante cuando se usa el equipo standard de Mond 4i : Es el tama5o de malla en micrones a que se esta &aciendo la determinación. bp : Es la moliendabilidad G1 : tama5o en micrones que pasa J9 de la mena G! : %ama5o en micrones que pasa J9 del producto ( cara o sea el alimento*. Bormula para determinar el R/U AD+EG en un molino de ejes en el laboratorio es el siuiente: Wi $
%- " &-*. " ,rp
P% %&&
+onde: bp : Es la moliendabilidad en un molino de ejes 4i : %ama5o de malla en micrones a la que se &ace la determinación. Bormula para un molino de bolas: Wi $
%&"'* ,rp
P% %&&
Es mu$ simple calcular el Rord Andex en la operación en forma directa. 8sando la formula básica de Mond (1* $ le$endo directamente el medidor de UT& = %on, del molino o calculando por medio de la lectura de los amperios consumidos en ese circuito de molienda se puede calcular el Ri. &aciendo un análisis de malla representatio del alimento $ de la salida a ese circuito de reducción. Caciendo un rafico en papel loarítmico del porcentaje que pasa ersus el tama5o de malla en micrones. "e puede extrapolar el tama5o que pasa J9 tanto para el alimento como para la descara ( G1, G!* 7sí mismo: UT&=%n R X% $ F '& X * $ P '& w $ Wi(
%& P '&
#
%& F '&
USO DEL
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