gMAX2 LA NUEVA TECNOLOGIA EN CICLONES QUE

AUMENTA LA RENTABILIDAD DE LA MINERIA

Por: Max Wedeles M, Ingeniero, Gerente de Ventas de Krebs Engineers Chile, S.A.

INTRODUCCION: Este documento describe los recientes progresos en el desarrollo de hidrociclones de Krebs Engineers. El hidrociclón gMAX®, incluye un nuevo y moderno cono, así como una novedosa geometría de apex, los cuales mejoran y aumentan considerablemente el desempeño del equipo; además de secciones cilíndricas del inlet, modificadas para minimizar la turbulencia y el desgaste. El resultado de estas modificaciones en el diseño, es un nuevo hidrociclón, capaz de entregar una separación de partículas más fina a altas capacidades. Dada la posibilidad de producir separaciones finas a altas capacidades, con menor by-pass de gruesos han permitido reducir el tamaño de las instalaciones, mejorar la eficiencia de clasificación y aumentar la recuperación en la etapa de flotación. Los nuevos diseños también han permitido extender la vida útil de los componentes del hidrociclon dando como resultado final una operación más rentable. Krebs Engineers ha utilizado exitosamente como herramienta para el desarrollo de sus hidrociclones, un programa ágil y amigable: Computational Fluid Dynamics (CFD). Esta herramienta permite la evaluación de innumerables variables que influyen en la geometría del hidrociclón. Krebs Engineers incorpora el análisis CFD para perfeccionar los conceptos de diseño de hidrociclones, previo a la fabricación y ensayos de evaluación de ellos. Como resultado, Krebs Engineers ofrece un hidrociclón que ha sido completamente rediseñado con la reciente consumación del proyecto de diseño del cabezal de entrada, con lo cual nuestro tradicional diseño de alimentación involuta ha evolucionado a la alimentación gMAX2. Los cambios en la geometría de diseño serán evaluados usando tanto técnicas convencionales como el modelo CFD. DESARROLLO DEL PROGRAMA: En una primera fase el programa se concentro en determinar el efecto que tenia en la separación de las partículas el uso de distintos ángulos en los conos e incluso la combinación de ángulos de cono dentro de un mismo hidrociclon.

Conos 20o/6o Conos 20o -800 celdas Circular x-y Utilizando CFD se logran medir las velocidades tangenciales dentro del hidrociclon.

Las zonas de color rojo grafican las de mayor velocidad tangencial dentro del hidrociclon de acuerdo a la modelación usando CFD, luego con el fin de disminuir el porcentaje de material desclasificado y mejorar la eficiencia de clasificación, el proyecto se planteo diseñar un prototipo de hidrociclon incorporando variaciones en los ángulos de cono para aproximar las partículas gruesas a las zonas de mayor velocidad y validar los resultados de la modelación en una primera etapa, con pruebas de laboratorio.

Luego esta será la forma que adquirirá el nuevo hidrociclon gMAX, se construye un ciclón de 10� gMAX para validar los resultados obtenidos por la modelación y se comparan estos con los resultados obtenidos en las pruebas del ciclón gMAX, adicionalmente se comparan a los obtenidos por otras unidades Standard. A continuación mostramos un grafico comparativo de los resultados obtenidos a partir de las pruebas de laboratorio

Se puede observar después de este ejercicio, que el ciclón gMAX10 es capaz de producir un D50c significativamente mas fino, en el rango de un 30% menor. Un segundo paso en este desarrollo consistió en el estudio de los fenómenos que ocurren dentro de la alimentación involuta del hidrociclon. La finalidad última en el diseño de un componente de un hidrociclón, es entregar un beneficio en el rendimiento, que se traduzca en una separación más fina y/o precisa. Y para el componente, una mayor resistencia al desgaste. DISEÑO DEL INLET Una misión importante en el programa de desarrollo del gMAX® durante los últimos tres años en Krebs Engineers, ha sido evaluar nuevos diseños del inlet head para mejorar el rendimiento del hidrociclón. La génesis del diseño incluye ensayos con componentes prototipo de hidrociclones de menores dimensiones y modelos plásticos. Es así, que nos hemos enfocado en un diseño que minimice la turbulencia en el área donde la pulpa se introduce en el hidrociclón. Un ejemplo de éste diseño, es el recubrimiento del inlet head del gMAX33, mostrado en la Figura. El modelo muestra un piso bajo la pulpa entrante para eliminar cambios bruscos de dirección. El concepto también provee un espacio para que la pulpa se mezcle gradualmente con el fluido en rotación.

Tests Comparativos de Hidrociclones Krebs

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10 100 1000Particle Size, microns

Cor

rect

ed R

ecov

ery

to U

nder

flow

DSF10LB, cono de 10.5 grad, 372 GPM

D50c = 80, alfa = 4.2

D10LB, cono 20grad, 321 GPM

D50c = 114, alfa = 3.7

gMAX10, 338 GPM

D50c = 59, alfa = 4.0

Competencia 10 Pulg.,318 GPM

D50c = 84, alfa = 4.0

Super Ciclones Krebs DSF10LB, Ciclon gMAX10 y Otros ciclones con alimentacion de 4.8 sq in Presion 20 psi

Condiciones de Alimentacion: 55-57% Solidos, 65-70% +400 Mallas, 35% +65 Mallas

Esta característica del inlet, es una mejora del estilo involuto que ha sido por 50 años el sello distintivo de los hidrociclones de Krebs Engineers (Figuras 1A y 1B). La partición entre la pulpa y la cámara de separación del hidrociclón se ha extendido significativamente, para favorecer la clasificación de los sólidos antes que se introduzcan en el cuerpo principal del hidrociclón. Esta característica es consistente con cada tamaño de hidrociclón con diámetros desde 250mm hasta 850mm.

Figura 1.A Figura 1.B DISEÑO INLET INVOLUTO DISEÑO INLET gMAX

DISEÑO KREBS

Figura 1.C Figura 1.D DISEÑO INLET TANGENCIAL DISEÑO INLET PARED EXTERNA TANGENCIAL

DISEÑO DE OTROS PROVEEDORES

El recubrimiento del inlet head del gMAX® para hidrociclones de 250mm, es un ejemplo de la metodología usada en Krebs Engineers para probar los conceptos de diseño. Después que el diseño potencial fue aprobado, se creó el prototipo del inlet head usando el modelo 3D mostrado en la Figura 2.A . Este modelo fue enviado al fabricante de piezas, resultando un patrón fabricado con varias capas de uretano con la finalidad de realizar las pruebas de inlet head . El prototipo de inlet mostrado en Figura 2.B fue sometido a ensayos de laboratorio para probar tanto su resistencia al desgaste como su rendimiento.

Niveles de erosión, según modelo CFD Modelo 3D de Inlet gMAX, Inlet gMAX Prototipo.

en Inlet estándar. Hidrociclón 250mm. diámetro. Fig. 2.C Fig. 2.A Fig.2.B

En definitiva como producto de los modelamientos utilizando CFD (Fig.2.C y 2.D) y las pruebas con un prototipo fabricado con poliuretano se realizan pruebas de laboratorio con la nueva alimentación involuta gMAX.

Niveles de erosión, según modelo CFD Resultados de pruebas de laboratorio en en Ciclón de 250mm con el nuevo diseño de Inlet. Hidrociclón de 250mm con diseños estándar Fig. 2.D y gMAX del Inlet Head. Fig. 3

gMAX Standard

COMO ESTOS DESARROLLOS PUEDEN AUMENTAR LA RENTABILIDAD DEL NEGOCIO MINERO: La evidencia encontrada en las modelaciones y pruebas de laboratorio de que la combinación de ángulos en los conos de los ciclones como tambien el rediseño de la entrada involuta permitirian anticipar un D50c del hidrociclon gMAX 30% o mas fino que su equivalente de igual medida Standard, permite suponer que la separacion lograda con un hidociclon Standard de un diámetro determinado ahora es posible de obtener con un cilcon de mayor diámetro gMAX y menor numero de unidades en operación. Asi mismo, las mayores duraciones de los componentes logrados a nivel laboratorio de reproducirse a nivel industrial significaran importantes ahorros en revestimientos, mano de obra y tiempos de parada. Finalmente, el hecho de que el ciclón gMAX es capaz de reducir el by-pass de gruesos al overflow tal como ha sido comprobado a nivel de laboratorio Fig. 3 permite anticipar mejoras importantes en la recuperación en la etapa de flotación, lo que es tremendamente significativo para la rentabilidad del negocio minero. BREVE DESCRIPCION Y RESULTADOS DE ALGUNAS PRUEBAS DE CAMPO EN EL NORTE DE CHILE El numero de ciclones gMAX instalados en el mundo supera ya varios miles, sin embargo, para efectos de este paper discutiremos algunas experiencias con ciclones gMAX de gran diámetro en faenas del norte de Chile, las que definiremos como faena A,B y C. FAENA A � 2 MOLINOS SAG FULLER 36�X17� , 12685 KW Ea

� 4 MOLINOS DE BOLA FULLER 33�X21� , 7087 KW Ea

� 4 BOMBAS GIW 24�X 22� , 1119 KW, 6000 M3/H Ea

� 4 MANIFOLDS KREBS PARA 15 CICLONES MODELO DS26 DESIGN: 85,000 MTPD

LINE # 1 LINE # 2

La planta A operaba al máximo de su capacidad de clasificación, los porcentajes de sólido en la alimentación alcanzaban al 70%, en las baterías de ciclones las 15 unidades disponibles estaban en operación con sus fittings vortex y apex en sus diámetros máximos. Dado el alto porcentaje de sólidos en la alimentación, la eficiencia de clasificación era muy baja, existía una muy alta carga circulante y el by-pass de gruesos al overflow se había vuelto incontrolable. Krebs planteo instalar en la misma batería 10 unidades de ciclones gMAX33 de 33� de diámetro los cuales tendrían como objetivo manteniendo el P80= 212 micrones requerido para flotación, incrementar la capacidad de tratamiento en la batería de ciclones para clasificar una pulpa mas diluida mejorando la eficiencia de clasificación y reduciendo el by-pass de gruesos al overflow. Al mismo tiempo se instalo una batería de ciclones de última tecnología de una compañía competidora de Krebs con ciclones cónicos, en esta batería se instalaron 15 unidades de ciclones de 26�.

Grafico # 1 En el grafico #1 se muestran algunos resultados de esta prueba, es fácil apreciar que la descarga SAG #1 (o alimentación fresca del circuito secundario molinos de bola 4 y 5) es significativamente mas fina que la descarga del SAG #2 y esta es una condición que se repite en todos los muestreos durante dos meses de evaluación. A pesar de esto y tomando en cuenta que en el bolas #3 (MB#3 en el grafico) el ciclón instalado es de 33� , el producto que reporta al overflow es equivalente en las cuatro baterías reportando una capacidad unitaria un 70% mayor la que opera los ciclones gMAX33.

1.00

10.00

100.00

1 10 100 1000 10000 100000

SAG #1

SAG # 2

OF-B1-MB4

OF-B2-MB5 Competencia

OF-B3-MB6 gMAX

OF-B4-MB7

El By-pass de gruesos reportado por los ciclones gMAX33 al Overflow es significativamente menor, razón por la cual se decide el reemplazo de las cuatro baterías de ciclones existentes por la tecnología gMAX. En una segunda etapa estamos incorporando el inlet involuto gMAX los que a la fecha reportan duraciones superiores a lo menos en un 30% FAENA B La faena B es de similares características a la anterior con dos líneas de molienda SAG en donde en una de ellas procedemos a instalar inicialmente una batería de 10 ciclones Krebs modelo gMAX26-20 cerrando uno de sus molinos de bolas en la batería #2, el objetivo que se persigue es reducir la malla de separación de +100 mallas para condiciones de alto tonelaje y con esto mejorar la recuperación.

% +100 Bat. 1

% +100 Bat. 2

Como se puede apreciar en los gráficos mostrados anteriormente las granulometrías +100 obtenidas en el overflow de la batería #2 con ciclones gMAX26-20 fueron entre 7 y 10 puntos más fina que la obtenida en la batería #1 con ciclones Standard DS26 de Krebs. El siguiente paso entonces, fue instalar ciclones gMAX26-20 en la batería #1 de la misma línea para independizar una sección completa de flotación y evaluar el efecto que tiene sobre la recuperación una malla mas fina y un menor by-pass de gruesos al overflow.

RECUPERACION (%)

94

94

95

95

Std TOTAL gMAX B2L2 gMAX B1L2 y B2L2

PERIODO

REC

. (%

)

Recup Linea 1 (%)Recup Linea 2 (%)

Por un efecto de segregación en el stock pile, la línea #1 tradicionalmente ha mostrado granulometrías mas finas y mejores recuperaciones que la línea #2, pero ustedes podrán apreciar como para iguales tonelajes tratados la recuperación de la línea dos cambia claramente su tendencia al instalar los ciclones gMAX en la batería #2 y como este cambio y mejor recuperación se acentúa cuando entra en operación la batería #1 con ciclones gMAX26-20. Esta es otra muestra clara de cómo la tecnología gMAX puede contribuir a mejorar la rentabilidad del negocio minero. En estos momentos se evalúa completar la instalación de ciclones gMAX26-20 en planta concentradora B. FAENA C En esta faena que consta de un molino SAG de gran diámetro y tres molinos de bolas cada uno cerrado por una batería de 19 ciclones DS33 Krebs, procedimos a la instalación de tres ciclones gMAX33-20 en una de las baterías, aun cuando los muestreos preliminares muestran una separación mas fina y un menor by-pass de gruesos en los ciclones gMAX33-20, estos no han sido evaluados metalúrgicamente a cabalidad puesto que no es representativo de lo que estos ciclones pueden lograr si la batería completa

LINE # 2

B2 B1

operara con este modelo de ciclón. Presentamos este caso aquí, por que si bien no hemos evaluado los ciclones gMAX desde un punto de vista metalúrgico, si lo hemos hecho desde el punto de vista de la duración de los revestimientos, específicamente, del revestimiento de nuestro nueva entrada involuta gMAX la que se encuentra en operación en tres unidades de ciclón den esta faena prácticamente doblando la vida útil del componente Standard a este momento.

Procedimos entonces a medir con instrumento el espesor del revestimiento en distintos puntos y alturas para intentar determinar algún patrón de desgaste.

5 cm de borde 15 cm de borde 25 cm de borde

punto 1 = 1,69 inch punto 1 = 1,69 inch punto 1 = 1,69 inchpunto 2 = 1,65 inch punto 2 = 1,73 inch punto 2 = punto 3 = 1,65 inch punto 3 = 1,65 inch punto 3 = 1,69 inchpunto 4 = 1,61 inch punto 4 = 1,77 inch punto 4 = 1,77 inchpunto 5 = 1,57 inch punto 5 = 1,69 inch punto 5 = 1,65 inchpunto 6 = 1,73 inch punto 6 = 1,77 inch punto 6 = punto 7 = 1,69 inch punto 7 = 1,73 inch punto 7 = 1,77 inchpunto 8 = 1,73 inch punto 8 = 1,73 inch punto 8 = 1,77 inchPromedio = 1,65 inch Promedio = 1,73 inch Promedio = 1,73 inch

35 cm de borde 45 cm de borde Inlet

punto 1 = 1,69 inch punto 1 = 1,73 inch punto A = 1,06 inchpunto 2 = punto 2 = 1,69 inch punto B = 1,18 inchpunto 3 = 1,77 inch punto 3 = 1,69 inch punto C = 1,54 inchpunto 4 = punto 4 = punto D = 1,77 inchpunto 5 = punto 5 = 1,69 inch punto E = 1,85 inchpunto 6 = 1,73 inch punto 5 = 1,69 inch Promedio = 1,50 inchpunto 7 = 1,73 inch punto 7 = 1,73 inchpunto 8 = 1,69 inch punto 8 = Promedio = 1,73 inch Promedio = 1,69 inch

ESPESORES DE REVESTIMIENTO

CONCLUSIONES El programa de desarrollo de nuevos productos de Krebs tendiente a mejorar sus diseños modificando la geometría de sus hidrociclones e investigando al mismo tiempo respecto a los materiales de recubrimiento ha tenido un fuerte impulso en estos últimos años con la ayuda de modelos computacionales CFD, la fabricación de prototipos, la implementación de su laboratorio haciendo posible avanzar a pasos acelerados en un programa de mejoramiento continuo de sus productos. Ahora con el hidrociclon gMAX damos un gran paso hacia delante en lo que se refiere a una tecnología avanzada lo que se refiere a la clasificación de sólido-liquido, tecnología que ya ha sido implementada en numerosas faenas que como comentáramos en el desarrollo de este paper gozan ya de un equipo que les permite obtener mayores beneficios de su operación y vida útil mas prolongada de sus equipos. Krebs continúa trabajando en forma acelerada en la búsqueda de un ciclón que junto con entregar la mejor calidad de producto a la flotación este construido y revestido de manera tal que proporcione la más larga duración. Próximamente podremos informarles de un nuevo gran desarrollo de Krebs Engineers.

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