Consumo de Energía en Operaciones de Conminución de Minerales

Introducción

Ley de Bond

Consumo de Energía en Circuitos de Chancado

Demanda de Potencia de Molinos Rotatorios

Simulación y Evaluación de la Operación

Conclusiones

Introducción

La liberación de las especies minerales es el proceso unitario de mayor relevancia práctica en todo circuito de procesamiento de minerales; por cuanto demanda la principal inversión de capital, incide fuertemente en los costos unitarios del proceso metalúrgico, determina la capacidad máxima de tratamiento e influye en la rentabilidad de la operación.

A pesar de su reiteradamente reconocida ineficiencia energética, los molinos de bolas, que operan en circuito cerrado con clasificadores hidráulicos, ha sido la alternativa tecnológica tradicionalmente seleccionada para la molienda fina de minerales; sea en etapas únicas o múltiples, integrados con molinos de barras o molinos SAG.

La principal ventaja para el uso de sistemas convencionales de chancado-molienda reside en el menor consumo de energía respecto a los procedimientos no convencionales (molienda autógena, SAG., etc.). Esto debido a que las operaciones de trituración presentan mayor eficiencia en aplicación de energía en relación a su aplicación en molienda que posee mecanismos que generan significativa pérdida de energía por acción entre medios moledores y los forros.

Los procesos de reducción de tamaño se cuantifican en términos de la energía consumida durante la operación misma del equipo de conminución. Este enfoque resulta ser bastante lógico ya que tales operaciones son los responsables en gran medida del elevado costo, por consumo de energía, de las operaciones involucradas en el procesamiento de minerales. De esta manera, la información es interpretada casi exclusivamente en términos de relaciones empíricas de energía versus reducción de tamaño o más conocidas como las "Leyes de la Conminución".

Ley de Bond

El índice de trabajo es un parámetro de conminución, expresa la resistencia de un material a ser triturado y molido. Numéricamente son los kilowatts-hora por tonelada corta requerido para reducir un material desde un tamaño teóricamente infinito a una producto de 80% menos 100 micrones, lo que equivale aproximadamente a un 67% pasante a la malla 200.

El trabajo pionero de Fred C. Bond marcó un hito en la caracterización de circuitos convencionales de molienda/clasificación. Su Tercera Teoría o “Ley de Bond” se transformó en la base más aceptada para el dimensionamiento de nuevas unidades de molienda:

(1)

Donde:

E = Consumo Específico de Energía, Kwh/ton molidaF80 = Tamaño 80% pasante en la alimentación, µmP80 = Tamaño 80% pasante en el producto, µmWi = Indice de Trabajo de Bond, indicador de la Tenacidad del mineral, Kwh/ton.

En la expresión anterior, el par (F80, P80) se denomina la ‘tarea de molienda’; es decir, el objetivo de transformar partículas de tamaño característico F80 en partículas de tamaño menor P80. Mediante la ecuación (1), el índice de Bond permite estimar la energía (Kwh) requerida para moler cada unidad (ton) de mineral. Dicho consumo específico de energía determina a su vez la capacidad de la sección de molienda por la relación:

(2)

Donde:

M = Tasa de Tratamiento o Capacidad del molino, ton/hrP = Potencia Neta demandada por el molino, Kw.

Aplicaciones del Indice de Bond:

a) En simulación: Cuando se tiene que predecir el funcionamiento de un molino a partir de datos obtenidos de otro modo de funcionamiento, teniendo como variable respuesta el Wi, o como parámetro de escalamiento, etc.b) Como parámetro de diseño: Conociendo el Wi, puede determinarse la potencia del motor que accionara el equipo (molino)/dimensiones del molino.

Control de molinos industriales: El índice de trabajo determinado en planta Wi debe ser igual al determinado mediante el procedimiento Standard. La comparación es válida para las condiciones standard de Bond las cuales son: Molino de bolas de 8´x 8¨, circuito cerrado con clasificación y 250% de carga circulante, para otras condiciones se debe realizar las correcciones pertinentes.

Consumo de Energía en Circuitos de Chancado

Para determinar consumos de energía en operaciones de chancado, existen conceptos equivalentes al índice de trabajo convencionalmente empleado en circuitos de molienda. En el caso de circuitos de chancado se le denomina Coeficiente de Chancado (Cch) y se define mediante la siguiente función:

(3)

Juan Zegarra West (1990) sostiene que la comparación directa del índice de trabajo de la molienda (Wi) frente al coeficiente de chancado (CCH), muestra que en el caso de muchas plantas, el coeficiente de chancado es mayor que el índice de trabajo, indicando la existencia de dificultades para la transformación de energía en reducción de tamaño de partícula.

Otra forma de expresar la eficiencia es el cociente entre energía unitaria de trituración (Kw-hr/TC) y el radio de reducción (Rri = F80 / P80). Con este criterio es posible concluir el principio básico de que la energía es más eficientemente empleada en las etapas de trituración frente a la subsiguiente molienda.

En 1990, J. Zegarra realizó un estudio acerca de la racionalizacion del uso de energía en plantas de chancado. Al respecto, sostiene que la baja eficiencia de utilización de energía en los circuitos de trituración se debe a:

a) Baja eficiencia de tamizaje debido al efecto combinado o individual de tratamiento de minerales húmedos en zarandas de un solo piso con reducida área efectiva.b) Deficiente estado mecánico de las unidades de chancado y utilización de motores sobredimensionados en algunos casos.c) Empleo de circuitos abiertos para superar el problema anterior o por diseño original de la planta.

Adicionalmente, señala que la eficiencia de utilización de energía en los circuitos de chancado reportaron ser menores que la correspondiente en las etapas de molienda. En 70% de los casos la menor eficiencia detectada excede límites normales, debiendo constituir prioritariamente áreas de trabajo para optimizar condiciones y reducir costos operativos. Al respecto, sugiere que es condición fundamental realizar mantenimiento completo de los equipos, sobre todo cuando el desgaste de las piezas excede el límite permisible y que compromete seriamente la normal operación de las plantas.

Demanda de Potencia de Molinos Rotatorios

Reconociendo el crítico rol de la potencia demandada por un molino, es de interés entonces disponer de una adecuada correlación con respecto a sus dimensiones y condiciones básicas de operación, tal como:

(4)

Donde:

D = Diámetro Interior del molino, piesL = Largo Interior del molino, piesNc = Velocidad de Rotación, expresada como fracción de la Velocidad Crítica, Ncrit = 76.6/D0.5

ap = Densidad Aparente de la Carga, ton/m3 (incluyendo los espacios intersticiales)f = Nivel Aparente de Llenado, % (incluyendo los espacios intersticiales) = Angulo de Levante del centro de gravedad de la carga con respecto a la vertical, típicamente en el rango de 35º a 40º.

Simulación y Evaluación de la Operación

Fabricantes y proveedores ofrecen al supervisor de planta los programas informáticos que permiten simular y evaluar la operación de conminucion. Estos programas son de diseño propio, o han sido elaborados por compañías especializadas de ingeniería. Algunos programas de simulación y control han sido desarrollados por centros de investigación adscritos a universidades o institutos tecnológicos de educación superior.

Estos programas están basados en modelos matemáticos y algoritmos, a menudo son utilizados total o parcialmente para el control de las operaciones de conminucion, siendo la tendencia en el control de las plantas el uso de modernos sistemas de control, entre los que sobresalen los de última generación llamados Sistemas Expertos. En cuanto a los programas de simulación y evaluación son destacables un conjunto de planillas MS Excel desarrollado por el Dr. Jaime Sepúlveda, llamado Moly-Cop Tools, diseñadas para caracterizar la eficiencia operacional de un determinado circuito de molienda, en base a metodologías y criterios de amplia aceptación practica.

Por ejemplo, con la ayuda de la planilla “Mill Power Ball Mills” de Moly Cop Tools, se puede calcular la potencia requerida por un molino de bolas, a partir de datos de la operación misma o de ensayos en laboratorio, pudiendo luego simularse otras condiciones variando simplemente los parámetros operacionales en las celdas Excel. Esto permite estimar los requerimientos energéticos y las inversiones necesarias para alcanzar determinados resultados sin necesidad de pruebas o ensayos costosos en planta.

Conclusiones

Es posible concluir que la energía es más eficientemente empleada en las etapas de trituración respecto a la subsiguiente etapa de molienda.

La eficiencia del empleo de energía en los circuitos de chancado y su comparación respecto a la etapa de molienda demuestra la necesidad de reajustar condiciones operativas y/o modificar el diseño de instalación, en las que la utilización efectiva de energía resulte inferior respecto a la correspondiente etapa de molienda.

Un rubro significativo en los costos de reducción de conminucion es el correspondiente al consumo de acero en medios de molienda y blindajes como consecuencia directa de la energía aplicada en la molienda, y que es a su vez directa consecuencia de la calidad granulometrica del mineral que entrega la etapa de chancado.