1 UNIDAD. PROCESOS DE PLANTAS

1.3 Conminucin

Jos J. Lazcano Cardoza

UNIDAD

1

PROCESOS MINERALRGICOS Y DE CONCENTRACIN

La conminucin o reduccin de tamao de un material, es una etapa importante y normalmente la primera en el procesamiento de minerales.

Los objetivos de la conminucin pueden ser:

1. Producir partculas de tamao y forma adecuadas para su utilizacin directa.

2. Liberar los materiales valiosos de la ganga de modo que ellos puedan ser

concentrados.

3. Aumentar el rea superficial disponible para reaccin qumica. Dependiendo del rango de tamao de partculas la conminucin se acostumbra a dividir en: a).- Chancado para partculas gruesas mayores que 2" b).- Molienda para partculas menores de 1/2" - 3/8"

UNIDAD

1

TEORA DE LA CONMINUCIN

Desde los primeros aos de la aplicacin industrial de los procesos de Conminucin al campo de beneficio de minerales, se pudo constatar la relevancia del consumo de energa especfica como parmetro controlante en la reduccin de tamao y granulometra final del producto, para cada etapa de conminucin.

En trminos generales, la energa consumida en los procesos de chancado, molienda/clasificacin y remolienda, se encuentra estrechamente relacionada con el grado de reduccin de tamao alcanzado por las partculas en la correspondiente etapa de conminucin. Sin embargo, estudios han demostrado que gran parte de la energa mecnica suministrada a un proceso de conminucin, se consume en vencer resistencias nocivas tales como:

UNIDAD

1

Deformaciones elsticas de las partculas antes de romperse.

Deformaciones plsticas de las partculas, que originan la fragmentacin de las mismas.

Friccin entre las partculas.

Vencer inercia de las piezas de la mquina.

Deformaciones elsticas de la mquina.

Produccin de ruido, calor y vibracin de la instalacin.

Generacin de electricidad.

Roce entre partculas y piezas de la mquina.

Prdidas de eficiencia en la transmisin de energa elctrica y mecnica

UNIDAD

1 TEORA DE LA CONMINUCIN

De lo anterior, se pone en relieve la necesidad de establecer correlaciones confiables entre la energa especfica [kWh/ton] consumida en un proceso de conminucin y la correspondiente reduccin de tamao alcanzada en dicho proceso.

En este sentido se han propuesto 3 grandes teoras, las que a continuacin se describen.

UNIDAD

1 TEORA DE LA CONMINUCIN

a).- Postulado de RITTINGER (1867) (Primera Ley de la Conminucin)

La energa especfica consumida en la reduccin de tamao de un slido, es directamente proporcional a la nueva superficie especfica creada.

Este postulado considera solamente la energa necesaria para producir la ruptura de cuerpos slidos ideales (homogneos, isotrpicos y sin fallas), una vez que el material ha alcanzado su deformacin crtica o lmite de ruptura.

UNIDAD

1

donde: R = Energa especfica de conminucin (kWh/ton).

KR = Constante de Rittinger.

P80 = Tamao del 80% acumulado pasante en el producto.

F80 = Tamao del 80% acumulado pasante en la alimentacin

An cuando el postulado de Rittinger carece de suficiente respaldo experimental, se ha demostrado en la prctica que dicha teora funciona mejor para la fracturacin de partculas gruesas, es decir, en la etapa de chancado del material.

UNIDAD

1

b).- Postulado de KICK (1885) (Segunda Ley de la Conminucin)

La energa requerida para producir cambios anlogos en el tamao de cuerpos geomtricamente similares, es proporcional al volumen de estos cuerpos.

Esto significa que iguales cantidades de energa producirn iguales cambios geomtricos en el tamao de un slido. Kick consider que la energa utilizada en la fractura de un cuerpo slido ideal (homogneo, isotrpico y sin fallas), era slo aquella necesaria para deformar el slido hasta su lmite de ruptura; despreciando la energa adicional para producir la ruptura del mismo.

UNIDAD

1

Donde: K = Energa especfica de conminucin (kWh/ton).

KK = Constante de Kick.

P80 = Tamao del 80% acumulado pasante en el producto.

F80 = Tamao del 80% acumulado pasante en la alimentacin.

An cuando el postulado de Kick carece de suficiente respaldo experimental; se ha demostrado en la prctica, que su aplicacin funciona mejor para el caso de la molienda de partculas finas.

UNIDAD

1

c).- Postulado de BOND (1952) (Tercera Ley de la Conminucin)

La energa consumida para reducir el tamao 80% de un material, es inversamente proporcional a la raz cuadrada del tamao 80%; siendo ste ltimo igual a la abertura del tamiz (en micrones) que deja pasar el 80% en peso de las partculas.

Bond defini el parmetro KB en funcin del Work Index WI (ndice de trabajo del material), que corresponde al trabajo total (expresado en [kWh/ton. corta]), necesario para reducir una tonelada corta de material desde un tamao tericamente infinito hasta partculas que en un 80% sean inferiores a 100 [m].

UNIDAD

1

Donde: B = Energa especfica de conminucin (kWh/ton).

WI = Indice de trabajo (kWh/ton. corta).

P80 = Tamao del 80% acumulado pasante en el producto.

F80 = Tamao del 80% acumulado pasante en la alimentacin.

El parmetro WI depende tanto del material (resistencia a la conminucin) como del equipo de conminucin utilizado, debiendo ser determinado experimentalmente para cada aplicacin requerida. Tambin representa la dureza del material y la eficiencia mecnica del equipo.

UNIDAD

1

Durante el desarrollo de su tercera teora de la conminucin, Fred Bond consider que no existan rocas ideales ni iguales en forma y que la energa consumida era proporcional a la longitud de las nuevas grietas creadas.

El Test de Bond tiene 3 grandes ventajas:

Existe una gran cantidad de datos disponibles.

Funciona bien para clculos iniciales.

Alternativa simple para medir la eficiencia mecnica de equipos de conminucin.

UNIDAD

1

UNIDAD

1

DETERMINACIN DEL Wi

El WI se determina a travs de ensayos de laboratorio, que son especficos para cada etapa (chancado, molienda de barras, molienda de bolas). Estos ensayos entregan los parmetros experimentales, respectivos de cada material, los que se utilizan en las ecuaciones respectivas, que se indican a continuacin.

UNIDAD

1

a).- Etapa de Chancado

UNIDAD

1

b).- Etapa de Molienda de Barras

UNIDAD

1

c).- Etapa de Molienda de Bolas

UNIDAD

1

TIPOS DE CIRCUITOS

En general, se tienen 2 definiciones de circuito:

a).- Circuito Abierto y,

b).- Circuito Cerrado.

UNIDAD

1

UNIDAD

1

CARGA CIRCULANTE

Se entiende como Carga Circulante (CC), a la razn entre el flujo de material que recircula y la alimentacin fresca que llega al circuito. La ecuacin es:

Donde:

R = Flujo del slido que recircula.

A = Alimentacin fresca del slido al circuito.

UNIDAD

1

UNIDAD

1

MECANISMOS DE FRACTURA

Para intentar entender los mecanismos fundamentales por lo que se fracturan las partculas de mineral, en el transcurso de muchos aos diversos investigadores han intentado aplicar los conceptos de la fsica y mecnica de la fractura" como se emplean en la ciencia de los materiales y en la mecnica de las rocas. Las partculas de mineral son heterogneas, tienen normalmente fallas tanto a macro como a micro escala, y no siempre se comportan como materiales frgiles.

Excepto en tamaos muy pequeos, una partcula de mineral puede considerarse como un material frgil; es decir, la tensin es proporcional a la fuerza aplicada en aquel punto donde ocurre la fractura. Griffith observ que bajo tensin, la presencia de fallas o grietas en un material conducira a una concentracin de fuerzas en un slido. El trabajo de Griffith ha formado la base para la mayora de los trabajos subsecuentes.

UNIDAD

1

Todo material cuenta con un esfuerzo mximo de tensin que puede soportar sin romperse y est dado por la siguiente ecuacin:

Donde:

Pm : Esfuerzo de tensin mxima.

Y : Mdulo de Young.

: Energa superficial sobre el rea.

A : Distancia interatmica.

Se ha encontrado que las partculas se fracturan frente a esfuerzos entre 1% - 10% del esfuerzo mximo Pm.

Lo anterior se debe a que las partculas son heterogneas y tienen fallas a nivel macro y microscpico. Estas fallas producen una concentracin de esfuerzos en los puntos de las fallas produciendo la propagacin de la fractura y fracturando el material a una pequea fraccin del esfuerzo necesario para romper el material ideal.

UNIDAD

1

UNIDAD

1

UNIDAD

1

UNIDAD

1

UNIDAD

1

Si analizamos la fractura de partculas a tamaos muy pequeos, veremos que la deformacin plstica de la partcula llega a ser un factor, y cuando esta significativa deformacin ocurre junto con la fractura, se alcanza lo que se denomina Lmite de Moliendabilidad. Este lmite significa el tamao de partcula ms pequeo que puede quebrarse y normalmente se confunde con el tamao de partcula del producto ms pequeo. Las formas en la cual una partcula se fractura depende de la naturaleza de sta y de la forma de aplicar la fuerza. La fuerza en la partcula puede ser una de compresin, causando la fractura de la partcula en tensin. Esta fuerza podra aplicarse ya sea a velocidades rpidas o lentas y la velocidad afecta la naturaleza de la fractura. Tambin puede ser una fuerza de corte, tal como la ejercida por dos partculas frotndose unas a otras. Como puede apreciarse muchos trminos se utilizan para describir los mecanismos de fractura. Se distinguen tres tipos de mecanismos de fractura:

UNIDAD

1

UNIDAD

1

UNIDAD

1

La fractura por abrasin se produce normalmente por roce de las partculas entre si, o contra el medio de molienda, o contra el revestimiento generando 2 fracciones de tamao. Una gruesa de tamao similar al original y otra de tamao muy fino con respecto al original.

Este mecanismo se realiza a una velocidad ms o menos constante dependiendo de la dureza de la mena y de las condiciones de la molienda, caracterizndose los minerales ms blandos de ser ms susceptibles a este mecanismo.

UNIDAD

1

Un resultado anlogo al anterior es el decantillado, el que consiste en el desprendimiento de todas las esquinas y cantos de las partculas. Esto se debe a la aplicacin de esfuerzos tangenciales, que no son suficientes para fracturar la partcula completa. Abrasin y decantillado suelen agruparse como un solo mecanismo llamado atriccin. En el chancador ocurre una combinacin de compresin y atriccin generndose por lo tanto mucho material fino.

La figura siguiente, muestra forma en que se realiza una combinacin de compresin y atriccin de una partcula, durante las etapas de chancado.

UNIDAD

1

UNIDAD

1