UNIVERSIDAD PEDRO DE VALDIVIA FACULTAD DE INGENIERA DEPARTAMENTO DE MINERA

CONCENTRACIN GRAVITACIONALPROCESOS MINERALURGICOINGENIERA CIVIL MINAALUMNOS

CELSO CISTERNA SALINASFRANS CASILLA NINASANTIAGO DE CHILE

2015Caractersticas Generales de la Separacin por Gravedad

Los mtodos de separacin por gravedad (concentracin gravitacional) se usan para tratar una gran variedad de materiales, que varan desde los sulfuros metlicos pesados como la galena hasta el carbn, en algunos casos con tamaos de partculas inferiores a 5 micrones. Los mtodos de separacin gravitacional perdieron importancia en la primera mitad del siglo debido al desarrollo del proceso de flotacin en espuma. Sin embargo, la separacin por gravedad ha tenido avances muy significativos en los ltimos aos incrementndose su aplicacin notoriamente. Este tipo de separacin permanece como el principal mtodo de concentracin para menas de oro, estao y otros minerales de alto peso especfico. Los mtodos de concentracin gravitacional cuando pueden ser aplicados son preferidos en relacin a los procesos de flotacin debido a que los costos favorecen su uso y adems son menos contaminantes del medio ambiente. Los minerales que se liberan con tamao superior a las dimensiones aceptadas en el proceso de flotacin se pueden concentrar an ms econmicamente usando los mtodos gravitacionales. La concentracin por gravedad es, esencialmente, un mtodo para separar partculas de minerales de diferente peso especfico debido a sus diferencias de movimiento en respuesta a las acciones que ejercen sobre ellas, simultneamente, la gravedad u otras fuerzas. Se acepta generalmente que la concentracin por gravedad es el ms sencillo y ms econmico de los mtodos de concentracin. El uso de este tipo de separacin est recomendado siempre que sea practicable porque permite la recuperacin de mineral til en un orden de tamaos tan gruesos como sea posible, reduciendo los costos inherentes a la reduccin de tamao y disminuyendo las prdidas asociadas a estas operaciones. En general, los mtodos de separacin por gravedad se agrupan en tres categoras principales : a) Separacin por medios densos, en el cual las partculas se sumergen en un bao que contiene un fluido de densidad intermedia, de tal manera que algunas partculas floten y otras se hundan; b) Separacin por corrientes verticales, en la cual se aprovechan las diferencias entre velocidades de sedimentacin de las partculas pesadas y livianas, como es el caso del jig; y c) Separacin en corrientes superficiales de agua o clasificacin en lmina delgada, como es el caso de las mesas concentradoras y los separadores de espiral. Cuanto ms pequeas son las partculas, ms fuertes son, con relacin a la gravedad, las fuerzas hidrulicas y de viscosidad, por lo cual el rendimiento de la separacin por gravedad decrece bruscamente en los intervalos de tamao fino. Para superar estos problemas en los ltimos aos se han desarrollado equipos de concentracin basados en la fuerza centrfuga, los cuales permiten que la separacin de las partculas finas tenga lugar en un campo de concentracin de varias G. Entre estos equipos centrfugos se destacan los concentradores Knelson, Falcon, el jig centrfugo Kelsey y el concentrador Multi-Gravity Separator (MGS).

Criterio de ConcentracinEl criterio de concentracin (CC) es usado en una primera aproximacin y entrega una idea de la facilidad de obtener una separacin entre minerales a travs de procesos gravitacionales, sin considerar el factor de forma de las partculas minerales. El criterio de concentracin originalmente sugerido por Taggart, con base en la experiencia industrial aplicado a la separacin de dos minerales en agua, es definido por la siguiente expresin:

CC = (Dh Df)/(Dl Df)

Donde:

Dh = densidad del mineral pesado.

Dl = densidad del mineral liviano.

Df = densidad del agua.

La tabla muestra la relacin entre el criterio de concentracin y la facilidad de realizar una separacin gravitacional.

De acuerdo a algunos investigadores, el criterio de concentracin puede ser muy til si la forma de las partculas fuera considerada, en caso contrario, sorpresas desagradables en cuanto a la eficiencia del proceso se pueden verificar en la prctica. De cualquier modo, la tabla indica la dificultad de alcanzar una separacin eficiente cuando se tratan fracciones inferiores a 200 mallas (74 micrones). Debe sealarse, que el criterio de concentracin fue sugerido en base a equipamientos que operan bajo la fuerza de gravedad, por lo tanto, la introduccin de la fuerza centrfuga ampla la posibilidad de una separacin ms eficiente con materiales finos y ultrafinos.

Separadores de Concentracin GravitacionalMuchas mquinas diferentes se disearon y construyeron para efectuar la separacin de los minerales por gravedad y se examinan con detalle en los textos ms antiguos de procesamiento de minerales. El proceso de separacin en medio denso (SMP) se utiliza ampliamente para preconcentrar material triturado antes de la molienda. Para la operacin eficiente de todos los separadores por gravedad se requiere que la alimentacin est cuidadosamente preparada. La molienda es particularmente importante, pero las partculas de la alimentacin deben tener el mayor tamao compatible con una liberacin adecuada, en la mayora de las operaciones se necesita la remolienda de los productos medios (middlings). La molienda primaria se realiza en molinos de barras en circuito abierto siempre que sea posible, pero si se necesita molienda fina, se efecta una molienda en molinos de bolas en circuito cerrado, de preferencia el circuito se cierra con harneros para reducir la remolienda selectiva de los minerales pesados.

Los separadores por gravedad son extremadamente sensibles a la presencia de lamas (partculas ultrafinas), las cuales aumentan la viscosidad de la pulpa y por consiguiente el grado de separacin, confundiendo el punto de corte visual. En la mayora de los concentradores por gravedad, es prctica comn eliminar de la alimentacin las partculas menores que 10 micrones y desviar esta fraccin hacia las colas, lo cual ocasiona una considerable prdida de valores. Muchas veces el deslamado se realiza mediante el uso de hidrociclones, pero si se emplean clasificadores hidrulicos para preparar la alimentacin, es preferible deslamar en esa etapa ya que las fuerzas de corte que se producen en los hidrociclones tienden a degradar los minerales quebradizos. Aunque la mayor parte del transporte de la pulpa se realiza por medio de bombas centrfugas y tubera, el flujo natural por gravedad se aprovecha mientras sea posible.

As muchas de las antiguas concentradoras por gravedad se construyeron sobre las laderas de cerros para lograr este objetivo. La reduccin del bombeo de lodo a un mnimo, no slo reduce el consumo de energa, sino que tambin reduce la produccin de lamas en el circuito. Las velocidades de bombeo de la pulpa deben ser tan bajas como sea posible y compatible con el mantenimiento de los slidos en suspensin. Uno de los aspectos ms importantes en la operacin de los circuitos gravitacionales es el correcto balance de agua dentro de la planta. Casi todas las concentradoras por gravedad tienen una densidad ptima de pulpa en la alimentacin, siendo indispensable el control preciso de la densidad de pulpa en la alimentacin fresca al proceso. Normalmente en la mayora de las plantas es necesario recircular el agua, as se provee la capacidad adecuada del espesador y del cicln resultando conveniente la minimizacin de la formacin de lamas en el agua recirculada.

Si la mena contiene una apreciable cantidad de minerales sulfurados, entonces si la molienda primaria es ms fina que alrededor de 300 micrones, se deben extraer por una flotacin previa a la concentracin por gravedad, ya que estas partculas reducen el rendimiento de las mesas concentradoras, espirales, etc. Si la molienda primaria es demasiada gruesa para efectuar una flotacin efectiva de los sulfuros, entonces el concentrado por gravedad se remuele antes de extraer los sulfuros. Las colas de la flotacin de los sulfuros normalmente se limpian mediante concentracin por gravedad. En muchas oportunidades el concentrado final obtenido mediante concentracin gravitacional se limpia por separacin magntica, lixiviacin, o algn otro mtodo, para eliminar la presencia de minerales contaminantes.

Clasificacin de los Mtodos GravitacionalesLos mtodos gravitacionales se pueden dividir en: a) Mtodos de concentracin en medio denso, cuando la densidad del medio es intermedio a las densidades de las especies que se quieren separar; y b) Mtodos de concentracin en corrientes, cuando la densidad del medio es inferior a las densidades de las especies que se quieren separar. Los mtodos de concentracin en medio denso pueden ser estticos o dinmicos. Los mtodos de separacin en corrientes pueden ser por corrientes verticales, corrientes longitudinales (escurrimiento laminar o escurrimiento en canaletas) y corrientes oscilatorias.

SEPARACIN EN MEDIOS DENSOSLa separacin en medio denso consiste en separar slidos en funcin de sus densidades usndose como medio un fluido de densidad intermedia, donde el slido de densidad ms baja flota y el de densidad ms alta se va al fondo (se hunde). Los medios densos usados son: lquidos orgnicos, solucin de sales en agua y ms comnmente suspensiones de slidos de granulometra fina en agua. La separacin en medio denso se divide en dos mtodos bsicos: esttico y dinmico. En el sistema esttico se emplean aparatos concentradores con recipientes de varias formas, donde la separacin se realiza en un medio relativamente tranquilo bajo la influencia de simples fuerzas gravitacionales, en este sistema la nica fuerza actuante es la fuerza de gravedad. La separacin en los sistemas estticos se realiza en estanques, tambores, conos y vasos.

La separacin dinmica se caracteriza por el uso de separadores que emplean fuerzas centrfugas 20 veces mayores que la fuerza de gravedad que acta en la separacin esttica.

Tericamente, cualquier tamao de partcula puede ser tratada por medio denso. Prcticamente, en la separacin esttica se trabaja en un rango granulomtrico de 150 mm (6) a 5 mm (1/4), pudindose tratar tamaos de hasta 35,6 cm (14). Por otra parte, en la separacin dinmica el tamao mximo tratable vara de 50 mm (2) a 18 mm (3/4) y el mnimo de 0,5 mm (28 mallas) a 0,2 mm (65 mallas). En general, se puede sealar que existiendo una diferencia de densidad entre las partculas tiles y la ganga, no hay lmite de tamao superior, excepto el que determina la capacidad de la planta para manejar el material. En la separacin en medio denso es posible trabajar con menas en la que los minerales estn regularmente unidos. Si los minerales valiosos estn finamente diseminados, no se puede desarrollar una diferencia apropiada de densidad entre las partculas que han sido trituradas por la aplicacin de una etapa de chancado grueso.

Caractersticas de los separadores de tambor observadas desde dos posiciones diferentes

SEPARACIN EN CORRIENTES VERTICALES

A pesar que en estos mtodos tambin estn presentes las fuerzas de separacin de corrientes longitudinales, los efectos causados por corrientes verticales les confieren caractersticas propias por eso se estudian separadamente. Uno de los equipos que es representativo de la separacin por corrientes verticales es el jig.

El jig se utiliza normalmente para concentrar material relativamente grueso y si la alimentacin es adecuada y se encuentra bien clasificada por tamaos, no es difcil alcanzar una buena separacin en los minerales con una gama medianamente limitada de densidad relativa entre el mineral til y los estriles. Cuando la densidad relativa es grande, es posible alcanzar una buena separacin en un rango granulomtrico ms amplio. Las industrias del carbn, estao, tungsteno, oro, bario y menas de hierro, operan muchos circuitos con jigs de gran tamao. Estos equipos con una alimentacin clasificada tienen una capacidad relativamente alta y pueden alcanzar buenas recuperaciones hasta tamaos granulomtricos de 150 micrones, y recuperaciones aceptables hasta 75 micrones. La presencia de altas cantidades de arenas finas y lamas dificultan el tratamiento, por lo cual el contenido de finos debe ser controlado para conseguir ptimas condiciones de operacin. El jig es un aparato que permite alcanzar mejores resultados cuando se tratan menas de un estrecho rango granulomtrico.

Este equipo se aplica a menas de granulometra entre 5 pulgadas y 1 mm, obtenindose rendimiento superiores en fracciones granulomtricas gruesas. El proceso de separacin con jig es probablemente el mtodo de concentracin gravitacional ms complejo, por causa de sus continuas variaciones hidrodinmicas. En este proceso, la separacin de los minerales de densidades diferentes es realizada en un lecho dilatado por una corriente pulsante de agua, produciendo la estratificacin de los minerales.

En el caso de los jigs las corrientes verticales son generadas por el movimiento de pulsacin del agua, al contrario de los elutriadores donde la corriente vertical se genera por una inyeccin de agua. Los jigs de parrilla fija se pueden dividir en:

a) Jigs de pistn, en los cuales el movimiento de pulsacin es producido por un pistn ubicado en un estanque de agua.

b) Jigs de diafragma, en los cuales las pulsaciones son producidas por movimientos alternados de una pared elstica del propio estanque.

c) Jigs pulsadores, en los cuales las pulsaciones son producidas por chorros discontinuos peridicos del agua y del aire. SEPARACIN EN CORRIENTES LONGITUDINALESCorrientes longitudinales aplicadas a partculas en sedimentacin producen al movimiento de cada un movimiento longitudinal. Durante la sedimentacin, las partculas trazan trayectorias diferentes de acuerdo con el tiempo a que quedan expuestas a las corrientes longitudinales. Las partculas mayores y de mayor peso especfico tienen mayor velocidad de cada, y sedimentan en primer lugar, prximo al punto de la alimentacin. Las partculas menores y ms livianas sufren mayor accin de transporte longitudinal, y son depositadas ms lejos.

Otras partculas son depositadas de acuerdo con sus velocidades de cada, que dependen de sus tamaos y pesos especficos. Partculas de tamaos y pesos especficos diferentes pueden depositarse en el mismo lugar, si obedecen lo sealado anteriormente. En la separacin por corrientes longitudinales son observados dos tipos de escurrimientos: el escurrimiento laminar y el escurrimiento en canaletas.

Entre los principales equipamientos en los cuales la concentracin se realiza en rgimen de escurrimiento laminar, se destacan las mesas vibratorias, las espirales y los vanners. Adems de estos equipamientos, se puede citar, entre otros, la mesa de Bartles-Mozley. Esta mesa, se emplea para la concentracin de minerales finos (entre 100 micrones a 5 micrones, pudiendo llegar, a 1 micrn) esta constituida de 40 superfcies planas superpuestas y espaciadas entre s, siendo la alimentacin distribuida igualmente para cada plano.

Las mesas vibratorias son equipamientos de concentracin que actan a travs de superficies con movimientos acelerados asimtricos, combinados muchas veces con el principio de escurrimiento laminar. En 1985 fue lanzada la mesa de Wifley que vino a constituirse en el principal modelo de mesa vibratoria. Efectivamente, solamente despus de la constatacin de su eficiencia el uso de la mesa fue propagado y surgieron nuevos modelos. En la tabla 4.1 se presentan los diferentes modelos de mesas Wilfley.

La mesa de Wilfley tuvo como principal modificacin el cubrimiento parcial del tablero con riffles paralelos al eje longitudinal que posibilit el tratamiento de la alimentacin gruesa y aument su capacidad. Los riffles fueron introducidos con las siguientes finalidades: formar cavidades donde ocurra la formacin de lecho y estratificacin por accin semejante a la encontrada en el jig, ocultar las partculas pesadas para la transmisin de las vibraciones e exponer las partculas grandes y livianas al flujo transversal de agua de lavado despus de la estratificacin. La mesa Wilfley dispone de un mecanismo que proporciona un movimiento de vibracin lateral diferenciado en sentido transversal al flujo de pulpa que causa el desplazamiento de las partculas a lo largo de los riffles.

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