Elementos de Clasificación

5/12/2018 Elementos de Clasificaci n - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elementos-de-clasificacion 1/16

Preparación Mecánica de Minerales – Jaime Tapia Quezada

7.1

UNIVERSIDAD ARTURO PRATIQUIQUE - CHILE

INGENIERIA EN METALURGIA EXTRACTIVA

CAPITULO 7

ELEMENTOS Y TECNICAS DE CLASIFICACION




7.2

La clasificación se define como una técnica para evaluar el rendimiento (eficiencia) de unproceso. Para realizar la clasificación se debe recurrir a separadores, los que se denominan:

Fig. 7.1Tipos de separadores.

En general los procesos de clasificación son procesos probabilísticos, es decir,dependen de una conjugación de efectos de “n” variables para poder realizarse. En el casodel harneado, este se puede relacionar en términos de j variables, entre las que se puedenmencionar:

x1 = Tamaño de la partícula.x2 = Forma de la partícula.

x3 = Abertura disponible.x4 = Enfrentar la superficie.

El efecto de la forma de la partícula es muy importante en el "tamaño crítico" yaque este corresponde a un tamaño muy cercano al tamaño de las aberturas. La probabilidadde que estás partículas sean clasificadas como sobretamaño o bajotamaño dependeráprincipalmente de que la partícula se presenta a la abertura en la orientación adecuada.

Fig. 7.2Atropamiento de partículas de tamaño crítico

en las aberturas de un harnero.




7.3

7.1 TIPOS DE HARNEROS

Los harneros pueden ser de distintos tipos, formas y rangos de tamaño deoperación y algunos de ellos son los siguientes:

a).- Parrilla Estacionaria: Antes del chancador primario.Convencional.Probabilístico.

b).- Parrilla de Rodillos: Antes del chancador primario.

c).- Superficie Curvada: Rango: 2000[µm] - 45[µm]

d).- Giratorios: Tambor (Trommel): 15[rpm]-20[rpm], húmedo o seco (seco:6[cm]-1[cm])Centrífugos: Vertical 60[rpm]-80[rpm], húmedo o seco. de1.2[cm]-0.04[cm]

e).- Vibratorios: Inclinado: 600[rpm]-7000[rpm] bajo 25[mm], muy utilizadoshasta 200[µm]Horizontal: Superficie rectangular, 600[rpm]-3000[rpm],movimiento con componente vertical y horizontal.De Probabilidad: Serie planos inclinados de alto rendimiento,convencional. Mayor capacidad y eficiencia.

Los harneros vibratorios funcionan a mayor velocidad y tienen como objetivo

levantar las partículas de la superficie del harnero.

En si, el proceso de harneado está en función de parámetros del mineral, harneroy estratificación.

a).- Mineral = En cada caso, los parámetros más importantes son los siguientes: Densidadaparente, distribución de tamaños, diámetro, humedad.

b).- Harnero = Superficie (porcentaje del área abierta, tamaño de la abertura, forma de laabertura, espesor).

Vibración (amplitud, frecuencia, dirección).Angulo de inclinación y tipo de alimentación.

Estratificación = Consiste en la separación del material según tamaño. Sin laestratificación los gruesos tapan la superficie del harnero impidiendo quese clasifiquen los finos. La estratificación está en función del espesor dellecho debido a que a nivel indutrial se pueden presentar lechosdemasiados delgados (que tapan las aberturas, impidiendo el paso de laspartículas finas) y lechos demasiados gruesos, que obstruyen lapercolación de las partículas finas hacia las aberturas. Además de




7.4

afectar la eficiencia de separación, los espesores de lechos definen lacapacidad de producción del harnero, de modo que lechos demasiadosdelgados significan una baja capacidad de producción del harnero,mientras que lechos muy gruesos se traducen en una alta capacidad de

tratamiento másico, pero una muy baja capacidad de separación efectiva.

De este modo se tiene que a nivel industrial se debe operar a un determinadoespesor de lecho que maximice los conceptos de capacidad de producción y eficiencia deseparación. Este espesor se llama “Espesor de lecho óptimo” y está dado por unaprofundidad del lecho que puede ser hasta cuatro veces el tamaño de la abertura en elextremo de la descarga para materiales de 100[lb/pie

3] de densidad o hasta tres veces para

materiales de 50[lb/pie3] de densidad. La figura 7.3 muestra los diferentes tipos de lechosanalizados.

Fig. 7.3Tipos de lechos en harneros.




7.5

La eficiencia de separación de un harnero puede calcularse a partir de un balancede masa de los flujos que muestra la figura 7.4 siguiente. En este caso, se alimentan F [ton/hr] de material, que se divide en C [ton/hr] de sobretamaño y U [ton/hr] de bajotamaño.

Fig. 7.4Separación de flujos másicos

en un harnero.

Además, sea f la fracción de material mayor que las aberturas en la alimentación,c la fracción de material mayor que las aberturas en el sobre tamaño y u la fracción delmismo material en el bajo tamaño. Con estas definiciones se cumple que el balance demasa global es:

(7.1)

por otro lado, el balance de masa para el material mayor que las aberturas (ogruesos) se puede escribir como:

(7.2)

Análogamente, el balance de masa para el material menor que las aberturas (o

finos) se puede escribir como:

(7.3)

Cuando el producto deseado del harnero es el bajo tamaño, el objetivo esrecuperar en esta corriente la mayor cantidad posible de material fino que originalmente estápresente en la alimentación. En este caso, es común usar la "eficiencia de recuperación

del bajo tamaño" ηu/s definida como:




7.6

(7.4)

Matemáticamente, esto se escribe como:

(7.5)

Ahora, combinando las ecuaciones (7.1) y (7.2) se puede obtener que:

(7.6)

Reemplazando la ecuación (7.6) en (7.5) se encuentra que:

(7.7)

Generalmente se puede considerar que u=0, entonces:

(7.8)

Esta fórmula es muy usada e implica que la recuperación de gruesos en elsobretamaño es del 100%.

Si el que interesa es el sobre tamaño, el objetivo entonces es que tenga la menor cantidad posible de finos. En este caso se usa la "eficiencia de eliminación del bajo

tamaño", ηo/s

(7.9)

Matemáticamente, esto se escribe como:

(7.10)




7.7

7.2 FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DE UN HARNERO

La capacidad de un harnero y una alta eficiencia de separación son requisitosgeneralmente opuestos y se debe llegar a algún punto de operación que maximice ambosaspectos.

Para una capacidad determinada hay "n" factores que afectan la eficiencia de unharnero. Algunos de ellos son los siguientes:

• Velocidad de alimentación y profundidad del lecho.

• Tipo de movimiento del harnero y pendiente del harnero.

• Humedad del material que impide la estratificación del material y tiende a cegar lasaberturas del harnero.

• Tipo de superficie de harneado, área y forma de las aberturas.

• Porcentaje de área abierta que corresponde al área neta de las aberturas dividida por el área total del harneado.

• Tipo de material a tratar que corresponde a la dureza, forma de las partículas, pesoespecífico, etc.

• Porcentaje de material fino y de tamaño crítico (3/4 a 1.5 veces la abertura) en laalimentación al harnero.

• La eficiencia del harnero es fuertemente afectada por la presencia de partículas detamaño aproximado al de la abertura (éstas tienden a obstruir o cegar la abertura).

Este problema lo refleja la tabla 7.1 siguiente, en la que se muestra que ha medidaque las partícula tiene un tamaño más aproximado a la abertura, tiene una significativa

menor probabilidad de ser clasificada.

Tabla 7.1Probabilidad de clasificación de las partículas según su tamaño.

Razón de tamaño departícula a tamaño de

abertura Probabilidad

Número deAberturasnecesarias

0.0010.10.40.6

0.80.9

0.950.990.999

998810360140

40102

0.10.001

1237

25100500

100001000000

Otra representación de este problema lo muestra la tabla 7.2 que se muestra acontinuación:




7.8

Tabla 7.2Probabilidad de que una partícula esférica

pase por una abertura cuadrada.

Probabilidad de paso (%)

En 10 intentos En 1000 intentosdo /DADw = DA Dw = DA/4 Dw = DA Dw = DA/4

0.100.400.800.900.950.991.00

97.583.920.86.31.80.10.0

10098.843.014.54.10.20.0

10010010099.884.37.20.0

10010010010098.516.50.0

7.3 CASIFICADORES

Los clasificadores se pueden clasificar como:

Tabla 7.3Tipos de clasificadores.

Mecánicos Hidráulicos

• De Espiral

• De Rastras

• Fuerza Gravitacional

• Fuerza Centrífuga

Los clasificadores mecánicos se caracterizan por ser adecuados para separar partículas de tamaño superior a los 150[µm] y por tener bajos consumos específicos deenergía.

Por su parte los clasificadores hidráulicos resultan ser más adecuados para

separar partículas pequeñas (dp<300[µm]) y se caracterizan por tener un bajo costo decapital y de instalación.

Entre los clasificadores hidráulicos destaca el hidrociclón, el cual separa las

partículas usando el principio de centrifugación de la pulpa. La figura siguiente muestra laforma típica de un hidrociclón de fondo cónico.




7.9

Fig. 7.5Forma y partes de un hidrociclón cónico.

Fig. 7.6Forma de entrada de la alimentación al hidrociclón.




7.10

Vórtice Primario = Desciende por las paredes.Núcleo de Aire = Conectado a la atmósfera.Vórtice Secundario = Asciende alrededor del núcleo de aire.

Separación de las partículas: La separación es producida por la Rotación del Fluido, elcual desarrolla grandes fuerzas centrífugas. La aceleraciónde gravedad g es reemplazada por w2R de modo que lasvelocidades terminales de todas las partículas aumentanpero permanecen en la misma proporción relativa, por lo quese alcanza una mayor capacidad de tratamiento.

Fig. 7.7Fuerzas que actúan sobre una partícula que

gira en un hidrociclón.

Las partículas más grandes y pesadas que tienen mayor velocidad desedimentación se mueven hacia la pared del hidrociclón y son arrastradas por el vórticeprimario hacia la Descarga. Las partículas más pequeñas debido al mayor efecto de arrastrerelativo a las fuerzas inerciales, que produce un menor movimiento relativo al fluido, semueven hacia la zona de baja presión en el centro del hidrociclón y son arrastradas haciaarriba a través de buscador de vórtice y salen por el Rebalse.

La calidad de la separación en un hidrociclón se representa a través de la curva deeficiencia de clasificación. Esta curva muestra la fracción (o porcentaje) de material detamaño i que viene en la alimentación que se va a la descarga.

Cabe destacar que este concepto puede aplicarse a un harnero, tamiz, espiral ocualquier otro tipo de clasificación. La forma típica de la curva de eficiencia para unhidrociclón se muestra a continuación:




7.11

Fig. 7.8Curva típica de clasificación de un hidrociclón.

Generalmente está curva se construye usando el tamaño de tamizajepero el Hidrociclón entrega _________________________________.

En este caso, el tamaño de corte es el d50, que corresponde a las partículas de

este tamaño que tienen igual probabilidad de ir al rebalse o a la descarga. Haciendo una

analogía con un harnero se tiene que el d50 de un hidrociclón corresponde al largo de laabertura en el harnero.

Tarea:

¿Cuál será la curva de eficiencia para un separador perfecto?

A nivel industrial, los hidrociclones tienen un comportamiento alejado de la

idealidad, es decir, no separan en forma perfecta lo que se traduce que el flujo de gruesos dela descarga va contaminado con finos y que el flujo de finos del rebalse va contaminado congruesos. Una curva de eficiencia real se muestra en la figura 7.9 siguiente:




7.12

Fig. 7.9Curva de eficiencia real de un hidrociclón.

7.3 FACTORES QUE ALTERAN LA CURVA DE EFICIENCIA

• Dispersión inicial de partículas a través de la abertura de alimentación al equipo.

• Perturbaciones durante la pasada por el interior del equipo.

• Arrastre de finos en la descarga.

• Z corresponde a la fracción de material de alimentación que pasa por cortocircuito alrebalse (es generalmente despreciable).

• Y corresponde a la fracción de finos que son arrastrados a la descarga. Se puedeestimar suponiendo que las partículas más finas se comportan como el agua y por lotanto la fracción de estas partículas Y en el rebalse será igual a la fracción del agua dealimentación que deja el equipo por la descarga.

Suponiendo:

1. El arrastre por el agua de una fracción constante Y de todos los tamaños de partículas

en la descarga.2. Que la fracción restante (diferencia) de partículas (1-Y) es sometida a una clasificación

por tamaños, se puede obtener la siguiente curva de eficiencia corregida.




7.13

Fig. 7.10Curva de eficiencia corregida de un hidrociclón.

El tamaño de separación del hidrociclón frecuentemente se define como aquelpunto sobre la curva para el cual el 50% de las partículas de ese tamaño en la alimentacióntienen igual probabilidad de ir al rebalse a la descarga. Normalmente se hace referencia a

ese punto como tamaño d50 para la curva real y d50,C para la curva corregida.

La calidad de la separación depende de la pendiente de lacurva. Entonces, mientras mayor sea la pendiente, laclasificación será: ____________________________.

Para caracterizar la calidad de la separación se utiliza el Indice de Separación(IS), que se define como:

(7.11)

Donde los tamaños d25 y d75 corresponden al 25% y 75% de las partículas de

alimentación que van a la descarga.




7.14

Problema:

Cuando IS = 1, la separación es ________________________.Cuando IS = 0, ______________________________________.

Otro parámetro que también se acostumbra a usar el llamado Coeficiente de Imperfección (I), que se define como:

(7.12)

Los valores de la eficiencia corregida de un hidrociclón (EC), son importantes por que se ha encontrado que el mismo Hidrociclón operando en diferentes condiciones entrega

frecuentemente la misma forma de EC versus un tamaño adimensional definido por di/d50,c.

Esta curva de EC versus di/d50,c se denomina Curva de Eficiencia Reducida y escaracterística del tipo de clasificador en un rango razonable de diseño (ver figura 7.11).

Fig. 7.11Curva de eficiencia reducida de un hidrociclón.

Varias ecuaciones matemáticas han sido propuestas para representar la curva deeficiencia corregida EC(d) de un hidrociclón. Dos de las ecuaciones más utilizadas son lassiguientes:




7.15

a).- Modelo de Rao y Lynch:

(7.12)

b).- Modelo de Plitt:

(7.14)

En estas ecuaciones a y m son parámetros empíricos dependientes de lascaracterísticas de clasificación del material. Normalmente los valores de m están en el rangode 1 a 3.8. Valores típicos se indican en la siguiente tabla:

Mena m

SíliceCobreTaconita

3.231.931.28

El valor de a varía aproximadamente entre 1.54 m - 0.47 m

El caso de un hidrociclón que entrega un comportamiento de clasificación similar para un material dado en diferentes condiciones de operación se muestra en la figura 7.12.

Fig. 7.12Función de clasificación para un material dado

en un hidrociclón operando en distintas condiciones.




7.16

La ventaja de conocer la función de clasificación reducida de un hidrociclón es quepermite conocer la función de clasificación de un hidrociclón que es puesto a trabajar endiferentes condiciones operacionales. Esto se traduce en que se podrá predecir lascaracterísticas de los flujos másicos de rebalse y descarga de un hidrociclón, además de

obtener una familia de valores EC(i) [o C(i)] que se utilizan en la simulación y optimización deprocesos de molienda – clasificación.

Elementos de Clasificación

Documents

Transcript of Elementos de Clasificación