Operación de Molinos SAG controlando el Movimiento de la Carga

Waldo Valderrama, Luis Magne y Jorge Pontt Centro Tecnológico de Molienda SAG y Sistemas Eléctricos

Universidad Técnica Federico Santa María - Universidad de Santiago de Chile

RESUMEN Los molinos semiautógenos de última generación, a pesar de su diámetro y del tamaño y cantidad de medios de molienda que llevan en su interior, se siguen diseñando y operando en gran medida sobre conceptos de movimiento de carga desarrollados para los molinos autógenos mucho más pequeños de antaño. Se analizan brevemente las implicancias de este enfoque en términos de eficiencia operacional, consumo de energía y consumo de acero.

INTRODUCCIÓN Los circuitos de molienda semiautógena dominan ampliamente el mercado de construcción de nuevas plantas concentradoras. Los molinos de 28' de diámetro, que hace dos décadas parecían gigantescos, hoy día resultan pequeños al lado de los equipos de 36' y 40' que existen en operación. Por su tamaño, estos equipos son grandes consumidores de energía y materiales, y por ello, justifican un esfuerzo permanente por reducir costos y aumentar eficiencia. De las muchas consideraciones que pueden hacerse con este fin, una de ellas es el movimiento de la carga. ¿De qué manera el movimiento de carga afecta el consumo de energía y materiales? ¿Cuál es el patrón de movimiento de carga ideal para este tipo de molinos?¿Cómo se compara la práctica industrial con esta referencia? ¿ Qué acciones pueden tomarse para mejorar? En lo sucesivo, intentaremos responder a estas interrogantes.

WORKSHOP SAG´99 12-14 DE MAYO 1999 - VIÑA DEL MAR – CHILE

CENTRO TECNOLÓGICO DE MOLIENDA SAG

Y SISTEMAS ELÉCTRICOS

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

EL ENFOQUE CLÁSICO DE MOLIENDA AUTÓGENA La molienda semiautógena surgió como una variante de la molienda autógena para aumentar la productividad de los molinos y disminuir la inestabilidad causada por las variaciones en la cantidad y propiedades de los medios de molienda de mineral grueso. Tomando como referencia lo escrito por Bond [2] en el SME Mineral Processing Handbook al referirse a la historia de la molienda autógena, leemos :

"La molienda autógena se define como la acción de un material moliéndose a sí mismo, tal como ocurre cuando trozos (colpas) de mineral de diversos tamaños voltean en forma conjunta en un molino rotatorio."

"Las colpas más grandes en la alimentación deben ser suficientes en tamaño y número para quebrar las colpas más pequeñas tan rápido como se quiebran ellas mismas en el molino. El único desgaste de metal es aquél de los revestimientos, incluyendo las parrillas".

"Los molinos autógenos primarios de gran diámetro operan a altas velocidades de 75% a 90% de la crítica, y sus revestimientos del manto contienen ondulaciones de 6 pulgadas de levante o mayores. Bajo estas condiciones, la mayor parte de las rocas son lanzadas violentamente. Al caer, retornan una considerable cantidad de energía de rotación al lado descendente del molino. Por esta razón, una carga que ocupa sólo un 30% del volumen interior del molino consume máxima potencia."

Implícito está en estos textos que la carga llega a golpear directamente al revestimiento, y que esto es considerado parte integral del proceso de quebrar las colpas de mayor tamaño. Esto se ve reforzado por los diseños de levantadores que se han usado y se siguen usando en molienda autógena. Como trasfondo está también un tamaño menor de los molinos autógenos originales, cuando estos conceptos tomaron forma.

Refiriéndose a los problemas de acumulación de un tamaño intermedio crítico, la inestabilidad de la presencia de medios de molienda suficientes, y la reducción de la molienda por presencia de pulpa en el pie de la carga, Bond dice:

"Debido a las numerosas dificultades descritas, ha sido frecuentemente necesario modificar molinos diseñados para molienda por rocas gruesas mediante el agregado de bolas de acero de gran tamaño a la carga, haciéndolos parcialmente autógenos. Algunas bolas de 4" y 5", pesando 9.5 y 18.5 lb respectivamente, suplementan la necesidad de medios durables y aumentan en forma importante el rendimiento del molino."

"Entre las desventajas están el costo de las bolas utilizadas y el aumento del desgaste y fractura de los revestimientos". Sin embargo, no hay ninguna referencia a cambios en la forma de operar los molinos. Sólo se mencionan los obvios cambios en la resistencia estructural del molino y en la potencia requerida del motor para compensar el efecto de la carga de bolas. Sin embargo, ¿qué significa mantener este esquema conceptual en molinos de 36' o 40'?

MOVIMIENTO DE LA CARGA

El movimiento de la carga de un molino rotatorio horizontal se caracteriza por una acción de volteo, tal como aparece esquematizado en la Figura ¡Error! Argumento de modificador desconocido.. Allí se aprecia que por la acción de giro del molino en dirección contrarreloj, la carga asciende por el lado derecho hasta un punto en que vuelve a caer nuevamente. Dependiendo de la velocidad de giro y la posición de la bola durante el ascenso, la caída puede ocurrir por desmoronamiento sobre la carga o por caída libre. La usanza ha denominado a ambos modos "cascada" y "catarata" respectivamente. El conjunto visto de lado adquiere una forma similar a un riñón, en cuyo extremo inferior izquierdo puede reconocerse una zona de movimiento caótico llamada "pie", donde se disipa la energía restante de la caída para que la carga sea nuevamente empujada hacia arriba.

FIGURA ¡ERROR! ARGUMENTO DE MODIFICADOR DESCONOCIDO..- PATRONES DE MOVIMIENTO DE LA CARGA EN UN TAMBOR ROTATORIO HORIZONTAL

Para que la carga no resbale, el revestimiento interior del molino se diseña provisto de resaltes o depresiones que evitan que la superficie de contacto sea geométricamente lisa. La forma de este perfil tiene una influencia sumamente importante en el movimiento de carga, como se puede observar en la Figura ¡Error! Argumento de modificador desconocido. y la Figura ¡Error! Argumento de modificador desconocido..

Al aumentar la velocidad del molino, hay un valor límite a partir del cual la catarata de bolas y rocas golpea directamente sobre el revestimiento. El valor específico de tal velocidad depende del perfil de las barras elevadoras (su diseño inicial y su estado de desgaste), y del llenado volumétrico del molino. Las características de la pulpa en la zona del pie pueden hacer más o menos intenso el efecto.

cascada

catarata

Pie de la carga

FIGURA ¡ERROR! ARGUMENTO DE MODIFICADOR DESCONOCIDO..- EFECTO DE LA

VELOCIDAD SOBRE EL MOVIMIENTO DE LA CARGA. LAS IMÁGENES CORRESPONDEN DE IZQUIERDA A DERECHA Y DE ARRIBA ABAJO A 20%, 40%, 60%, 70%, 80% Y 90% DE LA VELOCIDAD CRÍTICA. EL ÁNGULO DE ATAQUE DE LOS LEVANTADORES ES 90º RESPECTO DE LA BASE. Desde el punto de vista del consumo de energía y acero, importa destacar los siguientes puntos: a) Los golpes directos al revestimiento de cuerpos en caída libre son los eventos de mayor energía de toda la operación del molino, y comprometen al máximo la resistencia de los materiales del molino y la carga.

b) Si el objeto que golpea es una roca, puede considerarse tal golpe como una acción útil de molienda, pero sometiendo al revestimiento a una fuerte solicitación.

c) Si el objeto que golpea es una bola de gran tamaño, se trata de un evento completamente inútil. No genera molienda, disipa energía y somete a bolas y revestimientos a una solicitación extrema, cuyo resultado es generalmente un aumento significativo de la fractura de bolas y en ocasiones, también la de revestimientos. d) Aún cuando la velocidad y el llenado sean controlados adecuadamente para limitar estos impactos directos, la fracción de sólidos de la pulpa todavía juega un rol importante en la amortiguación de los impactos en general y en la absorción de energía

a través de la fractura de partículas. Cuando dicha fracción disminuye en demasía, la intensidad de la solicitación sobre los materiales de bolas y revestimientos es creciente y se aproxima al caso límite del grind-out.

FIGURA ¡ERROR! ARGUMENTO DE MODIFICADOR DESCONOCIDO..- EFECTO DE LA VELOCIDAD SOBRE EL MOVIMIENTO DE LA CARGA. LAS IMÁGENES CORRESPONDEN DE

IZQUIERDA A DERECHA Y DE ARRIBA ABAJO A 40%, 60%, 70%, 80%, 90% Y 100% DE LA VELOCIDAD CRÍTICA. EL ÁNGULO DE ATAQUE DE LOS LEVANTADORES ES 45º RESPECTO DE LA BASE.

MAGNITUD DE LA SOLICITACIÓN

Para hacerse una idea de lo que ha significado el aumento de tamaño de los molinos en la intensidad del impacto, consideremos los siguientes casos.

a) Una roca de 6" y densidad 2.6 ton/m3, cayendo en un molino de 24' de diámetro. Tal roca pesa aproximadamente 4.8 kg. Si estimamos la altura de caída en un 70% del diámetro, la energía asociada a ese impacto es de 241 joule.

b) La misma roca en un molino de 36' impacta con 360 joule.

c) Una bola de acero de 5" cayendo en un molino de 36' de diámetro. Esa bola pesa aproximadamente 8.4 kg, y tiene una energía de 629 joule.

d) Una roca de 6", de densidad 4.5, cayendo en un molino de 36' de diámetro, equivale a una bola de acero de 5".

e) Una roca de 8", de densidad 2.6, cayendo en un molino de 36' de diámetro. Tal roca pesa aproximadamente 11.4 kg y tiene una energía de 859 joule al impactar.

f) Una roca de 8", de densidad 4.5, cayendo en un molino de 36' de diámetro. Tal roca pesa aproximadamente 19.8 kg y tiene una energía de 1488 joule al impactar.

FIGURA ¡ERROR! ARGUMENTO DE MODIFICADOR DESCONOCIDO..- (IZQ) MASA APROXIMADA

DE UNA ROCA EN FUNCIÓN DE SU DIÁMETRO Y DENSIDAD. (DER) DIÁMETRO EQUIVALENTE DE UNA ROCA DE MASA IGUAL A UNA BOLA DE 5" EN FUNCIÓN DE LA DENSIDAD.

Mientras la energía de impacto aumenta casi cuatro veces, la resistencia de los materiales al impacto se mantiene constante al aumentar el tamaño del molino.

INSTRUMENTACIÓN PARA LA DETECCIÓN DE IMPACTOS

Dado que el perfil del revestimiento cambia en el tiempo, que el llenado volumétrico en un molino semiautógeno es variable, y que las propiedades de amortiguación de la carga de mineral pueden variar en un amplio rango con la dureza del mineral y el porcentaje de sólidos, es muy difícil ejercer un control efectivo de los impactos en base a un esquema feed-forward. Se requiere de instrumentación capaz de detectar esta condición y realimentar al sistema de control del molino.

El ruido del molino es una fuente de información sobre condiciones de alto impacto. Existen instrumentos electroacústicos clásicos para el control de molinos, los que fueron desarrollados para medir el llenado (hold-up) de mineral, en molinos de bolas. El principio es simple: cuando la masa de pulpa disminuye, el ruido del molino es más intenso. Sin embargo, en los molinos semiautógenos se produce una superposición de

efectos acústicos que pueden provenir de cambios en la velocidad, el llenado volumétrico o la composición de la carga. Estudios específicos [2] han mostrado que el aumento de ruido general del molino no es un criterio confiable para medir la ocurrencia de impactos sobre el revestimiento. Por lo mismo, el aumento de intensidad de ruido sólo debe considerarse como una alarma primitiva de riesgo de impacto sobre el revestimiento.

La alternativa para ello viene dada por una nueva tecnología más elaborada para la captación y el procesamiento de señales acústicas del molino, que separa la información de impactos de otros efectos acústicos para dar una señal de control [3].

La selección del objetivo de llenado del molino, de la velocidad de giro en la operación y del perfil de los revestimientos debe hacerse desde la perspectiva del movimiento de carga que se genera. La eventual ganancia en fractura de colpas al impactar contra el revestimiento no compensa el deterioro más acelerado del mismo, el aumento de la fractura de bolas y la pérdida de energía en impactos improductivos. El consumo específico de acero por unidad de energía entregada al molino en una operación sin control de impacto puede llegar a ser cuatro veces el de un molino de igual diámetro en que sí se controla este factor. La carga de bolas se degrada hacia tamaños menores de efectividad disminuida como elementos moledores.

CONCLUSIONES La operación incluyendo el impacto sobre el revestimiento en forma sistemática es una práctica que data de la época inicial de desarrollo de la molienda autógena. A medida que aumenta el tamaño de los molinos y el tamaño y cantidad de los medios de molienda metálicos, esta operación conduce a un nivel de solicitación intolerable para los materiales de bolas y revestimientos, afectando la eficiencia en el uso de la energía, el consumo de acero y eventualmente la disponibilidad del molino semiautógeno. El control del nivel de impactos mediante un adecuado diseño del revestimiento y una tecnología adecuada de detección instrumental puede significar importantes ahorros de costo de acero y una baja del consumo específico de energía por el mejor aprovechamiento de la misma.

REFERENCIAS 1.- F.C. Bond. Mineral Processing Handbook, N. Weiss (ed.), SME, 1985, Sección 3C. 2.- UTFSM-USACH-Cia. Minera Candelaria, trabajo no publicado. 3.- UTFSM-USACH-Cia. Minera Candelaria, trabajo no publicado.