UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL NORTEFACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS GEOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA METALÚRGICA

LABORATORIO N°4MOLIENDA

ASIGNATURA : Laboratorio de Operaciones Mecánicas de Minerales.PROFESOR : Juan Figueroa Ordenes.AYUDANTE : Adriano castillo

OBJETIVOS

Evaluar y comparar las operaciones de molienda, modificando las variables que afectan la eficiencia en una molienda de bolas.

Familiarizarse con los equipos a utilizar y aprender a cargar y descargar un molino de laboratorio.

EQUIPOS Y MATERIALES

Equipos

Molino de bolas de laboratorio. Medios molturantes (collar de bolas) Ro-Tap y tamices. Balanza de precisión (1500 g)

Materiales

Baldes o Bandejas según requiera. Palas, espátulas, brochas, paño rodeador Mineral con granulometría 100% - 12# ASTM

ELEMENTOS DE PROTECCIÓN PERSONAL:

Las personas que realizan esta actividad deberán tener los siguientes implementos de seguridad.

Lentes de Seguridad. Guantes de Goma (Látex) Zapatos de Seguridad. Delantal largo Tapones auditivos

PRÁCTICAS OBLIGATORIAS

Usar los EPP indicados en el procedimiento. Ver el procedimiento antes de realizar labor determinada. Antes de comenzar el trabajo revisar que los equipos estén en buen estado. Mantener el área limpia y ordenada.

INTRODUCCIÓN

La liberación de especies minerales, etapa previa a la concentración por flotación, es sin lugar a dudas el proceso unitario de mayor relevancia práctica en todo circuito de beneficio de un mineral de cobre, por cuanto demanda la principal inversión de capital. Esto último, incide fuertemente en los costos unitarios y determina en gran medida la rentabilidad de la operación.

Mediante la molienda, se continúa reduciendo el tamaño de las partículas que componen el mineral, para obtener una granulometría máxima de 180 micrones (0,18 mm), la que permite finalmente la liberación de la mayor parte de los minerales de cobre (si fuese un proceso para obtener dicho metal) en forma de partículas individuales.

El propósito de la operación de molienda es ejercer un control estrecho en el tamaño del producto y, por esta razón frecuentemente se dice que una molienda correcta es la clave de una buena recuperación  de la especie útil.

1. CONCEPTOS BÁSICOS

1.1 Molienda

La molienda es la última etapa del proceso de conminución. En esta etapa las partículas se reducen de tamaño por una combinación de impacto y abrasión, ya sea en seco o húmedo (pulpa). La molienda se realiza en molinos de forma cilíndrica que giran alrededor de su eje horizontal y que contienen una carga de cuerpos sueltos de molienda conocidos como “medios de molienda” o “medios molturantes”, los cuales están libres para moverse a medida que el molino gira produciendo la conminución de las partículas de mena.

La molienda convencional se realiza en dos etapas, utilizando molino de barras y molino de bolas, respectivamente, aunque en las plantas modernas sólo se utiliza el segundo. En ambos molinos el mineral se mezcla con agua para lograr una molienda homogénea y eficiente. La pulpa obtenida en la molienda es llevada a la etapa siguiente que es la flotación.

1.1.1 Molienda de Barras (Rod Mill)

El molino de Barras está formado por un cuerpo cilíndrico de eje horizontal, que en su interior cuenta con barras (dispuestas a lo largo del eje) cilíndricas sueltas, de longitud aproximadamente igual a la del cuerpo del molino. Éste, gira gracias a que posee una corona, la cual está acoplada a un piñón que se acciona por un motor generalmente eléctrico. Las barras se elevan, rodando por las paredes del cilindro hasta una cierta altura, y luego caen efectuando un movimiento que se denomina “de cascada”. La rotura del material que se encuentra en el interior del cuerpo del cilindro y en contacto con las barras, se produce por frotamiento entre barras y superficie del cilindro, o entre barras, y por percusión como consecuencia de la caída de las barras desde cierta altura.

La relación longitud/diámetro del molino se encuentra acotada entre 1,2/1 y 1,6/1 y las longitudes mayores oscilan entre 3 y 4 metros. La velocidad usual se encuentra entre el 60% y 68% de la velocidad crítica. La parte cilíndrica, los fondos y la cámara de molienda, están revestidos interiormente por placas atornilladas de acero al manganeso o al cromo-molibdeno. Las barras generalmente, son de acero al carbono y su desgaste

es alrededor de cinco veces mayor al de los revestimientos, en las mismas condiciones de trabajo.

Figura 1. Molino con barras como medio molturante.

1.1.2 Molienda de Bolas (Ball Mill)

El molino de Bolas, análogamente al de Barras, está formado por un cuerpo cilíndrico de eje horizontal, que en su interior tiene bolas libres. El cuerpo gira merced al accionamiento de un motor, el cual mueve un piñón que engrana con una corona que tiene el cuerpo cilíndrico. Las bolas se mueven haciendo el efecto “de cascada”, rompiendo el material que se encuentra en la cámara de molienda mediante fricción y percusión.

La relación longitud/diámetro del molino se encuentra acotada entre 1/1 y 5/1, los diámetros mayores oscilan entre 3 y 4 metros. La velocidad usual se encuentra entre el 65% y 75% de la velocidad crítica, pudiendo alcanzar una velocidad máxima del 90% con respecto a la crítica.

Este molino generalmente está está ocupado en un 35% de su capacidad por bolas de acero de distintos tamaños (collar de bolas), las cuales son los elementos de molienda. Este proceso tiene una duración hasta que el mineral queda reducido aproximadamente entre 45 – 60% -200# (75 µm). Este valor dependerá de las características del mineral a trabajar, asociaciones a gangas y su liberación requerida, para que el proceso posterior suceda de manera adecuada y eficiente.

Figura 2. Molino con bolas como medio molturante.

1.2. Partes principales de un molino convencional

El equipo más utilizado en molienda es el molino rotatorio, los cuales se especifican en función del Diámetro y Largo en pies (DxL). Las partes principales de un molino son las siguientes:

Casco: el casco del molino está diseñado para soportar impactos y carga pesada, y está construido de placas de acero forjadas y soldadas. Tiene perforaciones para sacar los pernos que sostienen el revestimiento o forros. Para conectar las cabezas de los muñones, tiene grandes flanges de acero, (tipo de filtro o pieza para que no existan fugas en las uniones de las piezas mencionadas) las cuales van soldados a los extremos de las placas del casco, los cuales tienen perforaciones para apernarse a la cabeza.

Extremos:  los extremos del molino o cabezas de los muñones, pueden ser de fierro fundido gris o nodular para diámetros menores de 1 m. Cabezas más grandes se construyen de acero fundido, el cual es relativamente liviano y puede soldarse. Las  cabezas son nervadas para reforzarlas.

Revestimientos: las caras de trabajo internas del molino consisten de revestimientos renovables que deben soportar impacto, ser resistentes a la abrasión y promover el movimiento más favorable de la carga. Los extremos de los molinos de barras tienen revestimientos planos de forma ligeramente cónica para inducir el centrado y acción rectilínea de las barras. Generalmente están hechas de acero al manganeso o acero al cromo-molibdeno, con alta resistencia al impacto (también los hay de goma). Los extremos de los molinos de bolas generalmente tienen nervaduras para levantar la carga con la rotación del molino. Ellos impiden deslizamiento excesivo y aumentan la vida del revestimiento.

Los revestimientos del molino son un costo importante en la operación del molino y constantemente se está tratando de prolongar su vida. En algunas operaciones se han reemplazados los revestimientos y elevadores por goma. Se ha encontrado que ellos son más durables, más fáciles y rápidos de instalar y su uso resulta en una significativa reducción del nivel de ruido. Sin embargo se ha informado que producen un aumento en el desgaste de medios de molienda comparados con los revestimientos de acero. Los revestimientos de goma también pueden tener dificultades en procesos que requieren temperaturas mayores que 80ºC.

1.3. Molienda Autógena y Semiautógena

A principios de los años 80 se desarrolla la molienda semiautógena (SAG) y la autógena (AG), buscando principalmente reducir los costos operativos al reducirse o eliminarse el consumo de los elementos de molienda, e igualmente la potencia absorbida por los molinos. La trituración queda reducida a una sola etapa, en general con un triturador primario de cono con admisión de hasta 1500 milímetros, entregando un material menor a los 200 milímetros.

El mineral se recibe directamente desde el chancador primario (no del terciario como en la molienda convencional) con un tamaño cercano a 8 pulgadas (20 cm, aproximadamente) y se mezcla con agua y cal. Este material es reducido gracias a la acción del mismo material mineralizado presente en partículas de variados tamaños (de ahí su nombre de molienda semiautógena) y por la acción de numerosas bolas de acero, de 5 pulgadas de diámetro, que ocupan el 12% de su capacidad.

Dados el tamaño y la forma del molino, estas bolas son lanzadas en caída libre cuando el molino gira, logrando un efecto conjunto de chancado y molienda más efectivo y con menor consumo de energía por lo que, al utilizar este equipo, no se requieren las etapas de chancado secundario ni terciario. La mayor parte del material molido en el SAG va directamente a la etapa siguiente, la flotación, es decir tiene la granulometría requerida bajo los 180 micrones, y una pequeña proporción debe ser enviado a un molino de bolas.

Figura 3. Liberación del mineral de interés por etapas de conminución.

El desarrollo de la molienda AG no ha sido tan impetuoso, debido a que los molinos requieren características especiales de los minerales a moler. Los molinos pueden lograr reducciones de tamaño de los 25 centímetros a los 75 micrones en una etapa, siendo el costo de capital menor al de los otros tipos de molinos.

1.3.1. Ventajas y desventajas de los molinos SAG y AG

Los molinos SAG utilizan una combinación de mineral y una pequeña cantidad de bolas de acero (entre el 4 y el 15 % del volumen del molino). Los mejores rendimientos se encuentran cuando el porcentaje varía entre el 6 y el 10 %.

Los molinos AG producen partículas de mayor calidad, dado que no están contaminadas con el acero de las bolas. Estas flotan mejor (más rápido y de mejor selección). Estos molinos son más sensitivos a la dureza y tamaño que los otros molinos, siendo por esto el consumo de energía más variable.

Los molinos AG trabajan mejor con materiales gruesos, que ayudan a la rotura del material. En cambio, los molinos SAG trabajan mejor con materiales finos, dado que la rotura la producen principalmente las bolas.

Lo molinos SAG y AG no son buenos para la reducción a tamaños finos y ultrafinos. Ambos tipos de molienda producen una fracción critica, que debe ser triturada en un molino de cono para evitar la sobrecarga del molino primario que de otro modo provocaría la recirculación de este tamaño critico.

Este tamaño crítico es mucho mas critico en la molienda AG por lo que la etapa de trituración es prácticamente imprescindible. En la molienda SAG, a menudo estos tamaños críticos pueden ser tolerados por el molino secundario.

Figura 4. Molino Semiautógeno (SAG)

1.4. Factores que afectan la eficiencia de molienda

Varios factores afectan la eficiencia en un molino de bolas. Para que la molienda sea factible y económica hay que considerar 3 factores fundamentales que influyen en los resultados, los cuales se detallan a continuación:

1.4.1. Densidad de pulpa

La densidad de la pulpa de alimentación debería ser lo más alta posible, pero garantizado un flujo fácil a través del molino. Es esencial que las bolas estén cubiertas con una capa de mena; una pulpa demasiado diluida aumenta el contacto metal-metal, aumentando el consumo de acero y disminuyendo la eficiencia. El rango de operación normal de los molinos de bolas es entre 65 a 80% de sólidos en peso, dependiendo de la mena. La viscosidad de la pulpa aumenta con la fineza de las partículas, por lo tanto, los circuitos de molienda fina pueden necesitar densidad de pulpa menor.

1.4.2. Carga de bolas

La cantidad de bolas que se coloca dentro de un molino depende en gran parte de la cantidad de energía disponible para mover el molino.

Generalmente nunca llega al 50% de volumen, aunque una carga de bolas igual a 50% del volumen del molino da la capacidad máxima. El volumen total de las bolas no debe ser menor que el 20% del volumen interior (las cargas normales varían de 40 a 50%).

Donde quiera que se desee una producción mínima de finos, debe usarse una carga de bolas cuyo diámetro está relacionado al tamaño del mineral que se alimenta. En otras palabras, una carga balanceada consistirá de un amplio rango de tamaños de bolas. Si el material de alimentación predominan tamaños grandes, deberán agregarse más bolas de mayor diámetro al collar de bolas. Caso contrario, si el material de alimentación tiende a ser más fino, se requerirá que el collar de bolas esté compuesto predominantemente por bolas de tamaños intermedios a pequeños.

Cabe destacar que, existirá un tamaño máximo de bola dentro de un collar. A partir de este diámetro máximo, se hace una distribución de los mismos en tamaños inferiores.

1.4.3. Velocidad Crítica del molino

La velocidad crítica para un molino y sus medios molturantes, es aquella que hace que la fuerza centrífuga que actúa sobre los elementos moledores, equilibre el peso de los mismos en cada instante. Cuando esto ocurre, los elementos moledores quedan “pegados” a las paredes internas del molino y no ejercen la fuerza de rozamiento necesaria sobre el material para producir la molienda, ni la de percusión.

Esta velocidad está dada de acuerdo a la siguiente ecuación:

Vc=42 ,3√D

Donde D representa el diámetro interno del molino en metros. De acuerdo a la ecuación, la velocidad crítica es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del diámetro del molino. La velocidad del molino afecta a la capacidad y también al desgaste en proporción directa hasta el 85% de la velocidad critica.

2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Antes de comenzar las moliendas, se debe obtener el F80 del material de alimentación. Con este valor se evaluarán todas las moliendas, ya que, el factor a analizar será la granulometría del producto de cada molienda.

El análisis granulométrico de cabeza será por las siguientes mallas: 20, 30, 50, 70, 100, 140, 200, 270 y 325 #ASTM

Cada grupo de laboratorio evaluará un determinado factor que afecta la eficiencia de molienda:

Grupo 1: Densidad de pulpa (% de sólidos)Grupo 2: Carga de bolas (collar de bolas)Grupo 3: Velocidad del molino

Densidad de pulpa:

.- Se realizarán 3 moliendas, variando el % de sólidos de la pulpa en molienda. Se utilizarán los siguientes valores:

50 – 65 – 80 % de sólidos en molienda.

.- Una vez finalizada cada molienda, debe descargarse la pulpa y deslamar por la malla #325.

.- Una vez obtenido el mineral + #325, se lleva al horno por 12 horas mínimo.

.- Transcurrido el tiempo determinado, se pesan las muestras y debe realizarse el análisis granulométrico de cada producto, de manera de obtener el P80.

Este procedimiento se repetirá para todos los grupos.

Carga de bolas:

Se realizarán 3 moliendas, variando el collar de bolas en molienda. Se utilizarán los siguientes collares:

Collar de bolas de Escondida, Collahuasi y un tercero definido en laboratorio, el cual corresponderá a una mezcla de los dos primeros.

Velocidad del molino:

Se realizarán 3 moliendas, variando las rpm de rotación del molino. Se utilizarán los siguientes valores:

60% de la velocidad critica75% de la velocidad crítica90% de la velocidad crítica

Todas las moliendas a realizar, deberán tener los siguientes parámetros operacionales, y solo irán cambiando su variable que se les ha dado establecida.

Masa Mineral: 1000 gVelocidad de rotación: 75 rpmCollar de bolas: Collahuasi% de sólidos: 65%

INFORMAR

Tabla análisis granulométrico de alimentación cabeza y producto de cada molienda.F80 y P80 de las tres moliendas realizadas.Rr obtenida para cada prueba.Gráfico granulometría de los productos v/s cambio variable evaluada.Gráfico Rr v/s cambio variable evaluada.Determinar el volumen de carga del molino y comparar con los valores utilizados a nivel

industrial.

Analizar que ocurre al disminuir o aumentar una variable determinada, con respecto a la calidad del producto obtenido.

Analizar y responder que ventajas y desventajas genera el cambio de cada variable en el proceso de molienda y en el equipo en si.