Universidad Mayor de San Andrs Instituto de Investigaciones en Metalurgia y Materiales
Tecnologa de la Concentracin Centrifuga
UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES
FACULTAD DE INGENIERIA CARRERA DE INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES
INSTITUTO DE INVESTIGACIONES EN METALURGIA Y MATERIALES
TECNOLOGA DE LA
CONCENTRACIN CENTRIFUGA
AUTOR: ING. ARMANDO ALVAREZ Q.
SEPTIEMBRE DE 2006
LA PAZ - BOLIVIA
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Tecnologa de la Concentracin Centrifuga
INDICE GENERAL
Pag.
1. GENERALIDADES DE LA CONCENTRACIN POR GRAVEDAD
2. GENERALIDADES DE LA CONCENTRACION CENTRIFUGA
3. CONCENTRACION CENTRIFUGA
4. TIPOS DE EQUIPOS CONCENTRADORES CENTRIFUGOS
4.1 CENTRFUGAS DE LECHO SEDIMENTADO
4.1.1. CENTRIFUGADOR CHINO
4.1.2. CENTRIFUGADOR GEKKO
4.2. CENTRIFUGAS DE LECHO FLUIDIZADO
4.2 1. CONCEPTO TEORICO DE LA CONCENTRACION EN
LECHO FLUIDIZADO
4.2.2. CENTRIFUGA KNELSON
4.2.2.1. VENTAJAS
4.2.2.2. RESULTADOS OBTENIDOS CON LA
CENTRIFUGA KNELSON
4.2.2.3. CARACTERISTICAS TECNICAS DE LOS
EQUIPOS KNELSON
4.2.2.4. DIAGRAMAS DE FLUJO
4.2.3. CENTRIFUGA FALCON
4.2.3.1. GENERALIDADES
4.2.3.3. CARACTERISTICAS DEL
CENTRIFUGADOR FALCON
4.2.3.4. MODELOS DEL CONCENTRADOR FALCON
4.2.3.5 VARIABLES DE OPERACIN
4.2.3.6. APLICACIN
4.2.3.7. RESULTADOS OBTENIDOS CON LA
CENTRIFUGA FALCON
4.2.3.8. DIAGRAMAS DE FLUJO TIPICOS
4.3. CENTRFUGAS DE LECHO FLUIDIZADO PULSANTE
4.3.1. CONCENTRADOR KELSEY JIG
4.3.1.1. CARACTERISTICAS DE OPERACIN
DEL KELSEY JIG
4.3.1.2. MODELOS DE KELSEY JIG
4.3.1.3.VARIABLES DE OPERACIN
4.3.1.4. APLICACIN
4.2.1.5. RESULTADOS OBTENIDOS CON EL
CONCENTRADOR KELSEY JIG
4.2.1.6. DIAGRAMAS DE FLUJO
4.3.2. SEPARADOR MULTI GRAVIMETRICO (GMS)
4.3.1.1. CARACTERISTICAS DE OPERACIN
DEL GMS
1
6
8
8
9
11
13
14
14
16
18
22
24
25
29
29
29
32
40
42
45
49
56
56
56
62
65
68
69
78
83
84
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4.3.1.2. VENTAJAS
4.3.1.3. MODELOS DEL CONCENTRADOR GMS
4.3.1.4. APLICACIN
4.3.1.5. CARACTERISTICAS TECNICAS
5. PLANTAS MODULARES
6. BIBLIOGRAFIA
84
84
87
88
89
90
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INDICE DE TABLAS
Pag.
TABLA 1:
TABLA 2:
Tabla 3:
Tabla 4:
Tabla 5:
Tabla 6:
Tabla 7:
Tabla 8:
Tabla 9:
Tabla 10:
Tabla 11:
Tabla 12:
Tabla 13:
Tabla 14:
Tabla 15:
Tabla 16:
Tabla 17:
Tabla 18:
Resultados del tratamiento rougher de lodos
de estao (en una unidad)
Condiciones de operacin en el tratamiento de
lodos de estao
Especificaciones tcnicas de la centrifuga
Falcon Modelo C.
Especificaciones tcnicas de la centrifuga
Falcon Serie SB.
Especificaciones de fuerza centrfuga para el
Falcon Modelo SB40.
Comparacin de resultados obtenidos con
equipos Falcon Modelo SB40 de laboratorio y
C400 (Industrial)
Resultados obtenidos con Falcon SB40
Muestra Under Flow Cono Espesador COMIBOL
- Huanuni
Resultados tpicos obtenidos con Falcon SB 40
en el procesamiento de menas aurferas
Procesamiento en Falcon SB40 Relaves xidos
San Miguel (Potos)
Balance Metalrgico de la Flotacin de
Sulfuros
Balance Metalrgico Resumido (Presin de
Agua 0,5 PSI; 30 % Slidos, 25 kg/h
alimentacin.; 300 Gs.)
Caractersticas tcnicas del Kelsey Jig Mod.
J-200
Efecto de los parmetros operacionales del
KCJ 200
Resultados obtenidos de cinco muestras de
yacimiento aluvial de oro
Resultados obtenidos con el KCJ en la
evaluacin de un yacimiento aurfero.
Balance metalrgico del procesamiento de una
mena con oro refractario
Anlisis granulomtrico y tenor de los
productos obtenidos en el procesamiento de
una mena de estao.
Balance metalrgico de la preconcentracin de
casiterita
12
13
34
38
39
46
46
47
48
48
49
62
68
70
70
71
73
75
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Tabla 19:
Tabla 20:
Tabla 21:
Balance metalrgico planta 1
Balance metalrgico planta 2
Caractersticas tcnicas de los separadores
Multy Gravimtricos Mozley.
75
75
88
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NDICE DE FIGURAS
Figura 1:
Figura 2:
Figura 3:
Figura 4:
Figura 5:
Figura 5 a:
Figura 5 b:
Figura 6:
Figura 7:
Figura 8:
Figura 9:
Figura 10:
Figura 11:
Figura 12:
Figura 13:
Figura 14:
Figura 15:
Figura 16:
Figura 17:
Figura 18:
Figura 19:
Figura 20:
Figura 21:
Figura 22:
Figura 23:
Figura 24:
Figura 25:
Figura 26:
Figura 27:
Figura 28:
Figura 29:
Figura 30:
Separacin en procesamiento de minerales
Mecanismos de separacin
Principio de separacin por medios pesados
Separador Tubular de medios pesados
Jig tipo Denver.
Espiral Humprey
Posicin de las partculas de acuerdo a su
masa volumtrica
Mesa de concentracin
Rangos de operacin de las unidades de
concentracin gravimtrica
Esquema del principio de una taza separadora
Esquema para las expresiones del circulante
en las centrfugas continuas
Esquematizacin de un Centrifugador Chino
Centrifugador GEKKO
Tazn perforado de fluidizacin
Concentrador Knelson
Cono G-5
Knelson KC-MD7.5
Knelson de laboratorio
Knelson serie KC-CD
Knelson KC-XD
Instalacin de varios Equipos de Knelson.
Knelson recuperador de mercurio
Curvas de recuperacion y ley del concentrado
en el procesamiento de mena aurfera
Diagrama de flujo par el procesamiento de mena
aurfera de yacimiento primario
Diagrama de flujo par el procesamiento de
mena aurfera de yacimiento secundario.
Alternativas de ubicacin del Knelson en un
circuito.
Concentrador Knelson Tipo CVD.
Instalacin del concentrador Knelson en un
circuito gravimtrico
Configuracin del rotor Del concentrador
Falcon.
Principio de separacin del concentrador
Falcon.
Falcon Modelo C
Diagrama de balance de fuerzas en
1
2
2
3
3
4
4
5
7
10
10
12
14
16
17
18
19
20
20
21
21
22
23
25
26
27
28
28
30
30
34
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Figura 31:
Figura 32:
Figura 33:
Figura 34:
Figura 35:
Figura 36:
Figura 37:
Figura 38:
Figura 39:
Figura 40:
Figura 41:
Figura 42:
Figura 43:
Figura 44:
Figura 45:
Figura 46:
Figura 47:
Figura 48:
Figura 49:
Figura 50:
Figura 51:
Figura 52:
Figura 53:
Figura 54:
Figura 55:
Figura 56:
concentrador Falcon SB
Distribucin de zonas
Falcon modelo SB
Falcon modelo C 4000
Espgots de descarga del preconcentrado
Componentes de control principales del
concentrador Falcon Modelo C.
Instalacin de Falcon Modelo C para el
procesamiento de minerales de hierro.
Circuito para la limpieza de carbn mineral
Instalacin de Falcon Modelo C para la
recuperacin de valores a partir de colas de
flotacin o lixiviacin
Circuito convencional para la recuperacin de
valores de yacimientos secundarios.
Circuito convencional molienda - Falcon
Circuito convencional molienda - Falcon
El jig Kelsey
Esquematizacin del concentrador Kelsey Jig
Rango de trabajo del Kelsey Jig frente a
otros equipos de concentracin gravimtrica
convencionales.
Kelsey Jig Modelo J1300
Recuperacion acumulada de casiterita versus
Tamao de Partcula
Grafica de preconcentracin de casiterita con
centrifuga Kelsey Jig.
Grafica de limpieza del concentrado de
flotacin con centrifuga Kelsey Jig
Diagrama de flujo tpico para la
concentracin gravimtrica de la casiterita
con el KJC
Circuito tpico de instalacin del
centrifugador Kelsey Jig.
Diagrama de flujo para el procesamiento de
una mena de estao.
Circuito gravimtrico con remolienda para la
recuperacin de casiterita
Flujograma para la recuperacin de cobre
nativo
Separador Multi Gravimtrico (GMS).
Equipo de laboratorio Multi Gravity Separator
C900.
Multi Gravity Separador Mod. C902 de mediana
36
37
38
44
44
45
50
51
52
53
54
55
58
61
62
64
74
74
76
78
79
80
81
82
83
85
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Figura 57:
Figura 58:
Figura 59:
Figura 60:
capacidad
MeGaSep Multi-Gravity Separator de alta
capacidad
Curva: Ley Vs. Recuperacin de Fe. Muestra:
Colas de espiral.
Limpieza de carbn mineral en la fraccin
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1
TECNOLOGIA DE LA
CONCENTRACION CENTRIFUGA
1. GENERALIDADES DE LA CONCENTRACIN POR GRAVEDAD
Segn Des Clifford (1)
, la concentracin por gravimetra es la
ms simple y econmica de todos los mtodos de procesamiento
de minerales y permite la recuperacin de valores en un rango
de tamao bastante amplio, desde un tamao grueso como 500 mm
hasta los ms finos como 5 micrones, donde las partculas de
mineral son separadas debido a su diferencia de densidad.
Cuanto mayor es la diferencia en la densidad de dos minerales
componentes de una mena, mayor ser la facilidad con que se
efecte la separacin.
En la concentracin convencional por gravedad, las partculas
en un medio fluido se mueven para crear dos distintas
corrientes: una con las partculas de baja densidad compuestas
mayoritariamente por materiales estriles (colas) y la otra
con las partculas de alta densidad (concentrado) como se
observa en figura 1.
MINERAL
TECNO LOGIA DE
PRO CESAMIENTO
DE MINERALES
CONCENTRADO
COLAS
Figura 1: Separacin en procesamiento de minerales
Los equipos y maquinarias de concentracin por gravedad son
divididos en cuatro grandes grupos, cada uno de estos utilizan
principios de separacin diferentes. Estos principios se
ilustran en figura 2.
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2
Figura 2: Mecanismos de separacin
El mecanismo que involucra la concentracin por gravedad
utiliza la densidad de un fluido o pulpa y la fuerza
gravitacional para separar las partculas en dos productos, el
liviano y el pesado.
Ajustando la densidad de la
pulpa, por variacin de la
cantidad de slidos presente
en una operacin, puede
modificarse el punto de
corte final (en trminos de
densidad) entre los dos
productos. La separacin se
lleva a cabo entonces por
sedimentacin impedida.
Entre los equipos de este
grupo podemos citar a los de
la separacin por medios
pesados (figura 3).
Figura 3 :Principio de
separacin por medios
pesados
Sin embargo, el tiempo del proceso de separacin se prolonga
considerablemente cuando el tamao de la partcula se torna
cada vez ms fina. Bajo estas circunstancias, se usa la fuerza
centrfuga para llevar a cabo la separacin puesto que sta,
es mucho ms fuerte que la fuerza gravitacional.
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3
El hidrocicln
de medios
pesados y el
separador
tubular tambin
de medios
pesados (figura
4) corresponden
a los equipos
que trabajan con
el rango de
partculas mucho
ms finas.
Figura 4: Separador Tubular de medios
pesados (Wills, 1988)
La estratificacin de las partculas de acuerdo a su densidad
son llevadas a cabo generalmente en equipos denominados como
jigs (Plumpton, 1996)(2)
. El mecanismo de pulsacin y
estratificacin esta basado en las pulsaciones verticales que
ocurren en un medio fluido (agua).
El mecanismo permite
separar los componentes
de un mineral de acuerdo
a su peso especfico, en
un medio acuoso que
alterna la sedimentacin
libre y la sedimentacin
obstaculizada, gracias a
la pulsacin del lquido
producida por diferentes
medios (figura 5).
Figura 5: Jig tipo Denver.
A) Pulsacin B) Succin.
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4
El proceso de
concentracin por
corriente laminar de
agua consiste en dejar
arrastrar por el agua
una carga de mineral
sobre una superficie
inclinada, donde las
partculas ms livianas
son empujadas por la
lamina de agua a mayor
velocidad que las
partculas mas pesadas,
obtenindose as dos o
ms productos
(concentrados, mixtos y
colas) de acuerdo a su
densidad, tamao y forma
(planos inclinados). El
espiral Humprey (figuras
5a y 5b)(3)
para la
separacin, adems
agrega el efecto de la
fuerza centrfuga
generada por la
configuracin del
equipo. Algunas maquinas
de este grupo cuentan
con un movimiento de
vaivn (mesas de cinta)
y otras, adems tienen
rifles en la superficie
plana (mesas
concentradoras) que
ayudan en la operacin
de concentracin (figura
6).
Figura 5 a: Espiral Humprey (Gill,
1991)
Figura 5 b: Posicin de las
partculas de acuerdo a
su masa volumtrica
(Gill, 1991)
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5
Figura 6: Mesa de concentracin (Taggart, 1951)
Existen equipos basados en la accin combinada de varios
fenmenos, este es el caso de los concentradores centrfugos
como el Knelson, centrfuga Falcon, centrfuga china, jig
Kelsey, el separador Mozley (MGS), etc., los cuales se
describirn ms adelante.
Generalmente, los equipos de concentracin por gravedad
separan las partculas de manera eficiente en un rango de
tamao estrecho. Por esta razn, es necesario clasificar el
material antes de llevar a cabo la concentracin por gravedad.
En este procedimiento, la eficiencia de separacin puede ser
determinada por el uso del criterio de concentrabilidad
propuesto por H.F. Taggart (4), donde la densidad, es el
principal factor que permite separar el valor de la mena
respecto de los indeseables. Este factor proporciona
informacin valiosa del grado de concentrabilidad de un
material mineralizado en campos de fuerza gravitacionales. La
ecuacin propuesta es:
DD
DD
ml
mpQ
Donde: Dp = Densidad de partculas pesadas
Dl = Densidad de las partculas livianas
Dm = Densidad del medio fluido de
separacin
En trminos generales, cuando Q es mayor a 2,5, entonces la
concentracin por gravedad es relativamente sencilla. Cuando
el valor de Q es menor a 2,5, la eficiencia de separacin
decrece, y por debajo de 1,25 la separacin no es
comercialmente posible.
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6
El movimiento de las partculas en el fluido es dependiente de
su gravedad especfica y tambin del tamao de partcula.
La velocidad de asentamiento (sedimentacin) de las partculas
en agua presenta un problema bsico durante su aplicacin en
la concentracin por gravedad. Como se muestra a continuacin,
por la ley de Stokes, la velocidad de sedimentacin para
pequeas esferas obedece a la siguiente ecuacin:
18
)(2
ppd lsm
gV
Donde: Vm = Velocidad de sedimentacin terminal
Ps = Densidad del slido
Pl = Densidad del lquido
D = Dimetro de la partcula
G = Aceleracin debida a la gravedad
= Viscosidad del fluido
La anterior ecuacin resalta la importancia del tamao de
partcula en la determinacin de la velocidad terminal en
funcin de las fuerzas de viscosidad y fluidez.
Las principales ventajas que ofrece el procedimiento de
separacin por gravedad son:
Bajos costos de procesamiento
Bajo consumo de energa (kWh/t)
No contamina el medio ambiente por uso de reactivos
2. GENERALIDADES DE LA CONCENTRACION CENTRIFUGA
No obstante las ventajas que ofrece el procedimiento de
enriquecimiento a travs de la fuerza gravitacional, una de
las dificultades es la inexistencia de un equipo especfico
eficiente en el tratamiento de un amplio rango de tamaos. Al
respecto, en el transcurrir de los aos, se han desarrollado
diversos equipos y maquinarias aplicables en diferentes rangos
de tamao.
La figura 7 muestra la eficiencia de separacin de diferentes
equipos en funcin del tamao de partcula (2)
.
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7
Los procedimientos gravimtricos convencionales permiten
recuperar con relativo xito partculas mayores a 75 micrones,
sin embargo, cuanto menor es el tamao de las partculas,
mayor es la importancia de las fuerzas de viscosidad y fluidez
en relacin a la densidad; de ah que la eficiencia en la
separacin disminuya drsticamente cuando las partculas son
ms finas.
Figura 7 Rangos de operacin de las unidades de concentracin
gravimtrica (Burt, 1984)(2)
Durante las ltimas dcadas, la investigacin se ha orientado
al mejoramiento en la recuperacin de partculas finas
comprendidas en el rango de 75 a 15 micrones, utilizando para
este propsito equipos y maquinarias de diseo mejorado como
son los conos Reichert y espirales Humphrey (1940) (3), que
ofrecen una mejora en la separacin hmeda de finos, separador
Bartles Mozley (1), etc.
Sin embargo, ante la necesidad de contar con una tecnologa
que permita la recuperacin de partculas cada vez ms finas
se ha intentado, durante las dos ltimas dcadas, sustituir
las fuerzas gravitacionales (convencionales) por fuerzas
centrfugas.
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8
Como se recordar, todos los equipos de concentracin por
gravimetra como las canaletas, mesas vibrantes, mquinas
pulsantes, etc., trabajan en campos de fuerza gravitacional.
3. CONCENTRACION CENTRIFUGA
Los equipos de concentracin centrfuga, a diferencia de los
anteriormente citados, aumentan la fuerza gravitacional para
que la separacin se efectu a un valor de varias veces G,
por lo que, estos equipos son ms eficaces que los equipos
convencionales, donde la concentracin de partculas de mayor
peso especfico se efectan mas fcilmente.
Por ejemplo, en un campo centrfugo de 200 Gs, una partcula
de oro libre con peso especfico de 18, pesar efectivamente aproximadamente 2061 veces mas respecto a una partcula de
ganga de tamao equivalente con peso especifico de 2.65. Esto resulta del siguiente clculo:
GsQDDDD
ml
mp*
2061200*
)165.2(
)118(
AuQ
4. TIPOS DE EQUIPOS CONCENTRADORES CENTRIFUGOS
Desde el punto de vista de su modalidad de trabajo en la
industria en el campo de procesamiento de minerales, los
equipos de concentracin gravimtrica por centrifugacin se
agrupan en tres tipos (5,6)
, estos son:
1. Centrfugas de lecho sedimentado (centrfuga china, centrifuga Gekko).
2. Centrfugas de lecho fluidizado (Knelson, Falcon, y otros).
3. Centrfugas de lecho fluidizado pulsante (Jig Kelsey, concentrador MGS).
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9
4.1 CENTRFUGAS DE LECHO SEDIMENTADO
Para la concentracin gravimtrica centrfuga se requiere que
el lecho o cama donde se acumularn las partculas pesadas
est sometido a la accin de un campo centrfugo cuya
aceleracin supere varias veces la aceleracin de la gravedad.
Cuanta ms alta sea esta aceleracin mayores sern las
posibilidades de obtener altas recuperaciones o podrn
concentrarse partculas mucho ms finas que normalmente son
imposibles de recuperar en la gravimetra tradicional (6)
.
Cuando se obliga a una pulpa a desviarse de una trayectoria de
flujo rectilneo que est en curso mediante la accin de una
fuerza o un cambio del perfil del canal que conduce la pulpa,
se genera una fuerza centrfuga que acta sobre cada uno de
los componentes de la pulpa (figura 8) de acuerdo con la
siguiente expresin (6) :
2rwG
WF
Donde:
F = Fuerza centrfuga (G)
W = Peso de la partcula (g)
r = Radio de curvatura o radio de giro (cm)
G = Aceleracin de la gravedad (981 cm/seg)
O en funcin del nmero de revoluciones:
22
900RPMr
G
WF
5210)(118,1 RPMF
La fuerza que acta sobre un lquido al interior de una
centrfuga a diferentes profundidades dentro de las paredes
del tazn da como resultado una presin lquida unitaria que
se expresa por:
2122212
rrwG
P
Donde:
= Densidad del lquido r2 = radio en un punto cualquiera para el
que se calcula la presin
r1 = radio de la superficie lquida
exterior (ver diagrama en figura 1)
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10
Las fuerzas que actan sobre diferentes columnas o capas de
lquidos o pulpas de distintas densidades alimentadas a una
centrfuga determinan la posicin de la denominada zona neutra
(figura 9) que dividir o separar los lquidos o pulpas, el
lquido ms denso se descarga pasando por un vertedero a un
radio mayor que el radio de la zona neutra y el lquido o
pulpa ms ligero o liviano descarga por el vertedero encima
del tabique divisorio de la zona neutra.
La posicin de esa zona neutra constituye un factor importante
para los resultados de funcionamiento de la centrfuga. Cuando
la zona neutra est cerca del centro de la centrfuga, el
componente ms ligero est expuesto al efecto de una pequea
fuerza centrfuga, mientras que el ms denso estar sometido a
una fuerza centrfuga mayor (6)
.
Figura 8: Esquema del
principio de una
taza separadora (6)
Figura 9: Esquema para las
Expresiones del
Circulante en las
centrfugas continuas
Cuando la zona neutra est cerca del dimetro mayor del tazn,
el efecto es mayor sobre el componente ms ligero y esa
construccin se emplea para separaciones especiales como la
purificacin de aceites.
Otro parmetro importante en el funcionamiento de la
centrfuga es la velocidad de flujo radial y longitudinal que
tengan los componentes del fluido o pulpa al interior del
tazn, lo que influye en la densidad que alcanzan las
diferentes capas del flujo interno y por lo tanto influye
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11
tambin en la posicin de la zona neutra (6).
La frmula que relaciona la posicin de la zona neutra con las
densidades que alcanzan las diferentes capas es:
LoL
LoLo
LLo
LoLon
rrrrr
/1
/
1
1
2
1
2
2
1
2
2
11
2
Donde:
nr = radio de giro de la zona neutra
Li = densidad del lquido o pulpa de la capa liviana
Lo = densidad del lquido o pulpa de la capa pesada
La diferencia de densidades entre ambas capas ejerce un gran
efecto en la posicin de la zona neutra. Si esta diferencia se
hace demasiado pequea, la separacin se hace difcil, aunque
se pueden hacer separaciones con diferencias de densidad del
orden del 3% o incluso con aparatos de diseo especial se
pueden lograr separaciones con diferencias de densidades
prximas al 1%.
4.1.1. CENTRIFUGADOR CHINO
La centrifuga china (figura 10) adquiere la configuracin de
un tubo rotatorio instalado en un eje horizontal que gira a
altas revoluciones por minuto (6).
Se caracteriza por trabajar en forma discontinua con ciclos
que pueden variar entre 2,5 a 3,5 minutos, donde la
alimentacin puede realizarse en 2 o 3 minutos y el lavado y
descarga del preconcentrado en los restantes 0,5 minutos.
El equipo cuenta con dos toberas, una para la alimentacin de
carga en forma de pulpa con una dilucin de 30 a 40 porciento
de slidos, y la segunda tobera se utiliza para introducir
agua de lavado (5,6)
.
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12
En la operacin de la
centrifuga china, el
preconcentrado es
retenido en el tazn
cilndrico de la
centrifuga, el cual est
construido en aluminio
(pieza fundida) cuya
superficie interior es
lisa y sin
perforaciones.
Alimentacin
Agua de
lavado
PkColaZona de retencin
del preconcentrado
Figura 10: Esquematizacin de una
Centrifuga China, Lou y
Lin, 1981
Cuando la pulpa se alimenta al interior del rotor (tazn), las
partculas ms pesadas, como consecuencia de la fuerza
centrifuga ejercida sobre ellas, tienden a sedimentarse sobre
la pared ms rpidamente, respecto a las livianas.
Se tiene conocimiento de que estos equipos centrfugos de
lecho sedimentado han dado resultados muy interesantes para la
preconcentracin y concentracin de minerales de estao en
granulometra muy fina. En tabla 1.se muestran los resultados
del tratamiento de minerales estannferos y en tabla 2, sus
condiciones de operacin (5,6)
.
TABLA 1 Resultados del tratamiento rougher de lodos de
estao (en una unidad)
Aliment.
(t/d)
Ley
Cabeza
(% Sn)
Radio de
enrique-
cimiento
Recupe-
racin
(%)
Recuperacin por rangos
de tamao (m) (%)
Consumo
de agua
(t/t
tratada) 74-37 37-19 1910
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13
TABLA 2 Condiciones de operacin en el tratamiento de lodos de
estao
Etapa
Tamao de
partcula
(mm)
Volumen
Aliment.
(l/min)
Densidad
de pulpa
(% solid)
Ciclo de
operacin
(seg.)
Tiempo
de
aliment
(seg.)
Tiempo
de
descarga
(seg.)
Rougher 0.074-0.01 90 100 20-25 210 180 30
Cleaner 0.074-0.01 70-80 15-20 210 180 30
(Fuente: Gravimetra centrifuga, una alternativa al tratamiento de finos de
casiterita, IV CONGRESO DE METALURGIA Y CIENCIA DE LOS MATERIALES) (4)
4.1.2. CENTRIFUGADOR GEKKO
La centrifuga GEKKO (7) bsicamente esta compuesto por un rotor
giratorio donde a lo largo de su pared interior, desde la base
hasta la parte superior, contiene anillos circundantes cuyo
propsito principal es el de retener a las partculas de mayor
peso especfico. La alimentacin en forma de pulpa ingresa por
una tobera directamente a la base del rotor, de donde, como
resultado de la aplicacin de la fuerza centrifuga al
recipiente, la pulpa es obligada a adquirir un movimiento
rotatorio. En esta modalidad de trabajo, las partculas de
mayor peso especifico son fcilmente retenidas en las
hendiduras de los anillos del rotor, consiguindose de esta
manera separar el material valioso respecto del estril que
rebosa por la parte superior del equipo (estril).
Al igual que el equipo anteriormente expuesto, ste tambin
trabaja en forma cclica, es decir, su operacin es
discontinua, donde se constata una etapa de carga y otra de
descarga.
La remocin de las partculas atrapadas en los anillos se
realiza a travs de chisguetes de agua instaladas en el lado
opuesto a la tobera de alimentacin de pulpa y esta remocin es
ayudada por barras cortadoras instaladas en forma paralela a la
pared interior del tazn. El agua alimentada a travs de estas
pequeas toberas originan el arrastre de la carga enriquecida
hacia la parte inferior del recipiente giratorio de donde es
descargado mediante una tobera instalada en el centro del rotor
(figura 11).
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14
Una caracterstica
particular de este equipo,
es su simplicidad de
operacin, con muy poco o
nada de consumo de agua
adems de tener un sistema
de regulacin de velocidad
de giro. Es un equipo
totalmente automatizado que
es utilizado principalmente
en el beneficio de menas de
oro.
Figura 11: Centrifuga GEKKO
(Gekko Sistems)
4.2. CENTRIFUGAS DE LECHO FLUIDIZADO
4.2.1. CONCEPTO TEORICO DE LA CONCENTRACION EN LECHO
FLUIDIZADO
De acuerdo a Fedotov K.V. y otros (8)
, el movimiento dinmico
de una partcula en un flujo viscoso establecido, en la parte
del separador, esta influenciado por el rea de separacin.
En el funcionamiento de los centrifugadores es necesario
determinar las condiciones del rgimen de operacin bajo las
cuales el trabajo del separador sea ms eficiente.
En consecuencia, en los equipos centrifugadores, una partcula
se somete a la influencia de diferentes fuerzas en cada uno de
los puntos de la trayectoria. Las principales fuerzas son:
P = fuerza debida a la gravedad
Q = fuerza inercial relacionada con la velocidad tangencial
F = fuerza de presin hidrodinmica del flujo fluido
T = fuerza de friccin que es proporcional a la suma de las
fuerzas P, Q y F.
Donde Q es determinada mediante la siguiente ecuacin:
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15
R
mUQ
2
y
22)( dUVF Para los puntos de trayectoria con altas velocidades.
)(3 UVdvF Cuando las velocidades no son muy altas.
Donde: = Factor de resistencia
U = Velocidad de la partcula
V = Velocidad del fluido
U = Proyeccin tangencial de la velocidad de la
partcula
m = Masa de la partcula
d = Dimetro de la partcula
= Densidad del fluido
v = Factor de viscosidad cinemtica del fluido
R = Radio de rotacin de la partcula
La trayectoria del movimiento de la partcula puede
determinarse de la siguiente ecuacin:
)(TQFPdt
dUm
con la condicin inicial conocida 0
0/ UU t
De esta manera, la tarea principal es resolver la
hidrodinmica del sistema. Las caractersticas complicadas del
flujo del sistema solo se pueden resolver a travs de mtodos
numricos.
En todos los tipos de separadores gravimtricos, es muy
importante la gravedad y este factor influye sobre la
partcula y por lo tanto la velocidad es proporcional a la
fuerza G (9)
.
La ley de Stokes, para la velocidad terminal de esferas
decrecientes en un lquido puede ser generalizado como:
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16
)(2 mediopartculaGKDV
Donde : K = Constante relativo a la unidad usada
D = Dimetro de la partcula
G = Mltiplo de la gravedad terrestre (9,81 m/s)
En los centrifugadores Falcon, el clculo de la fuerza G se
realiza mediante la siguiente ecuacin:
70471
.)..(*.)lg(.. mprpuRotordelDiametroFORCEG
4.2.2. CENTRIFUGA KNELSON
La efectividad de separacin en el concentrador Knelson se
basa en la generacin de una fuerza gravitacional 60 veces
superior a la fuerza normal de un equipo convencional que
juntamente con el proceso de fluidizacin, permite la
recuperacin an partculas microscpicas (1,9,10)
. Esto
significa que en el interior del Concentrador Knelson las
partculas son sometidas a 60 veces la fuerza de la gravedad
para asegurar la recuperacin de partculas finas que antes se
pensaba eran no recuperables por medios gravimtricos
convencionales.
La pieza principal de este
concentrador es el tazn
perforado que contiene
anillos horizontales en
forma de rifles a lo largo
de su pared interior como
se muestra en figura 12.
Figura 12: Tazn perforado de
fluidizacin (10)
.
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17
En su operacin, en principio se inyecta agua en el tazn
giratorio de concentracin a travs de una serie de orificios
de fluidizacin. Luego, se introduce la pulpa por medio de un
tubo central vertical estacionario de alimentacin. Una vez
que la pulpa llega a la base del tazn, sta, debido a la
fuerza centrifuga, es forzada a desplazarse por la parte
exterior, subiendo por la propia pared del tazn, donde las
partculas pesadas, una vez que se ha alcanzado la
fluidizacin ptima, son atrapadas entre los rifles, creando
as un lecho en el que se produce la concentracin y las
partculas livianas son descargadas por la parte superior del
tazn (10,11)
.
La figura 13 muestra el concentrador centrfugo Knelson.
Figura 13: Concentrador Knelson
(http//wwwknelsongravitysolutions.com)
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18
En la operacin del Knelson la compactacin de la cama se
evita por medio del proceso de fluidizacin. A medida que el
agua es inyectada a los anillos, se controla el flujo para
alcanzar fluidificacin ptima. Partculas de alto peso
especfico son retenidas en el cono concentrador.
Cuando el ciclo de concentracin se completa, para la descarga
del concentrado retenido en los rifles, el equipo se detiene
para luego adicionar agua de lavado a presin (funcionamiento
discontinuo). Su principal variable de operacin es la
alimentacin de agua en contra presin (agua de fluidizacin).
Durante los ltimos aos
los fabricantes de la
centrifuga Knelson
introdujeron una serie de
mejoras en su equipo
original (11)
, el resultado
de esta innovacin es el
anuncio del lanzamiento de
su nuevo cono G-5 (figura
14).
Figura 14: Cono G-5
4.2.2.1. VENTAJAS DEL CONCENTRADOR KNELSON
Todos los equipos concentradores Knelson ofrecen:
Recuperacin rpida y eficiente a bajo costo
Operacin confiable y sin problemas
Bajo costo de inversin, operacin y mantenimiento
Operacin no contaminante y sin peligro para el medio ambiente
Total seguridad del concentrado
Total automatizacin disponible en todos los modelos
El equipo Knelson encuentra su aplicacin en el procesamiento
de:
Metales preciosos: oro, platino y plata.
Metales bsicos: cobre.
Metales nocivos para el medio ambiente: plomo y mercurio.
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19
Otras las otras aplicaciones, podemos citar a:
Recuperacin de tantalita, casiterita, ilmenita, rutilo, cromita, etc.
Recuperacin de sulfuros con contenido de oro a partir de colas de lixiviacin o flotacin
Recuperacin de oro fino libre.
Recuperacin de valores metlicos a partir de escorias de fundicin
Productos de calcinacin.
Limpieza de Concentrados Finos.
Retratamiento de relaves
En la industria mineralrgica, los equipos Knelson suelen
estar ubicadas en el circuito de molienda, esta modalidad de
instalacin ha sido usada con xito en la recuperacin de
metales preciosos, tales como oro, platino y plata, tambin se
aplica en la recuperacin de metales bsicos como el cobre,
zinc, etc. Los metales nocivos para el medio ambiente, tales
como plomo y mercurio pueden tambin ser recuperados de
tierras contaminadas coadyuvando de esta manera en la
mitigacin de la contaminacin ambiental. El tamao mximo de
partcula con que pueden trabajar es de 6 mm.
Se fabrican en diversos
tamaos y modelos, desde el
concentrador de laboratorio
KC-MD3 hasta el equipo de
alta produccin KC-XD48 con
capacidad de procesar 150
tph. Las aplicaciones del
equipo Knelson varan desde
trabajos de laboratorio o
exploracin en campo hasta
plantas piloto (figura 15) y
produccin a gran escala
(alta capacidad).
Figura 15: Knelson KC-MD7.5
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20
A. SERIE DE DESCARGA MANUAL (MD)
A esta serie corresponden los
equipos de Escala Piloto y de
Laboratorio con capacidades
de 1000 Kg/Hr y 50 kg/Hr
(figura 16) respectivamente.
En la operacin, las
partculas de la alimentacin
al Knelson de laboratorio son
sometidas a una fuerza de
hasta 80 veces la gravedad
para la recuperacin de
eventuales partculas
denominados como ultra finos.
Figura 16: Knelson de
laboratorio
B. LA SERIE DE DESCARGA CENTRAL (CD)
En 1992 se introdujo al
trabajo industrial la Serie
avanzada de modelos de
Descarga Central KC-CD
(figura 17). Estas fueron
las primeras unidades
diseadas para extraer el
concentrado rpidamente "sin
usar las manos" y en un
ambiente de completa
seguridad, habindose
convertido desde entonces en
un equipo standard en la
industria.
Figura 17: Knelson serie KC-CD
Los equipos de esta serie son apropiados para la etapa de
preconcentracin y para la limpieza de preconcentrados.
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21
C. LA SERIE DE SERVICIO PESADO XD
Las condiciones de operacin en circuitos de molienda de roca
dura pueden ser sumamente severas. La Serie KC-XD, introducido
en 1997, ha sido desarrollada para soportar las exigencias de
las condiciones ms difciles de operacin, ofreciendo mayor
capacidad y mejor recuperacin en comparacin con otros
equipos. Son tambin apropiados para operaciones aluviales o
para proyectos de re-tratamiento de relaves antiguos donde se
presentan condiciones de acidez (figuras 18 y 19).
Figura 18: Knelson KC-XD
Figura 19: Instalacin de
varios equipos
Knelson.
D. SERIE DE RECUPERACIN DE MERCURIO (MR)
El Concentrador Knelson de Recuperacin de Mercurio (KC-MR)
est diseado para recuperar mercurio simultneamente con oro
y otros metales preciosos. Recupera el 98% de mercurio
metlico elemental, ya sea en su estado natural, presentndose
como un producto secundario de una operacin minera previa, o
que haya ocurrido como resultado de otros procesos
industriales.
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22
Durante su operacin el
KC-MR continuamente
descarga mercurio en un
tanque acumulador. El
mercurio puede extraerse
luego sin riesgo para su
tratamiento posterior con
miras a la recuperacin
de oro y mercurio por
separado.
El KC-MR puede surtirse
ya sea con sistema de
control manual (trabajos
en pequea escala) o con
el Sistema Independiente
de Control Knelson (KICS)
para lograr una completa
automatizacin (figura
20).
Figura 20: Knelson recuperador
de mercurio
4.2.2.2. RESULTADOS OBTENIDOS CON LA CENTRIFUGA KNELSON
La figura 21 muestra los resultados obtenidos con la
centrifuga Knelson para el procesamiento de una mena con
contenido de oro.
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23
Figura 21: Curvas de recuperacin y ley del concentrado en el
procesamiento de mena aurfera
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24
4.2.2.3. CARACTERISTICAS TECNICAS DE LOS EQUIPOS KNELSON
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25
4.2.2.4. DIAGRAMAS DE FLUJO
A continuacin se muestran algunos diagramas de flujo para el
procesamiento de minerales.
Figura 22: Diagrama de flujo par el procesamiento de mena aurfera
de yacimiento primario.
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26
Figura 23: Diagrama de flujo par el procesamiento de mena aurfera
de yacimiento secundario.
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27
Figura 24: Alternativas de ubicacin del Knelson en un circuito.
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28
Figura 25: Concentrador Knelson Tipo CVD.
Figura 26: Instalacin del concentrador Knelson en un circuito
gravimtrico
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29
4.2.3. CENTRIFUGA FALCON
4.2.3.1. GENERALIDADES
El principio de separacin del concentrador Falcon est basado
en la diferencia de pesos especficos de las partculas
componentes de una carga mineralizada. Debido a que usa campos
gravitatorios altos es capaz de separar minerales liberados en
rangos de tamao considerado como finos a ultra finos (9,12)
,
donde se observa un aumento en la eficiencia de separacin en
comparacin con otros concentradores gravimtricos.
El Concentrador Centrifugo Falcon fue primeramente diseado
para el beneficio de oro, aunque posteriormente se extendi su
aplicacin a otros minerales como: estao, platino, minerales
de hierro, illmenita, carbn, etc. Puede asemejarse a un Cono
Reichert centrfugo invertido cuya principal diferencia es que
la alimentacin se realiza por el centro del equipo (13)
4.2.3.2. HISTORIA
Los incrementadores de separacin gravimtrica, con cuyo
nombre se conoca anteriormente a los concentradores
centrfugos, fueron patentadas a fines del siglo pasado (1935)
pero estas eran poco prcticas y slo hasta hace algunos aos
atrs fue posible su aplicacin industrial.
El desarrollo y diseo de estos equipos surge por una
innovacin en los procesos de fabricacin de novedosos
materiales, especialmente polmeros, as como una expansin en
la aplicacin de stos, tales como materiales resistentes a la
abrasin para equipos sometidos a altas revoluciones de giro.
Tambin el desarrollo de estos equipos fue beneficiado por una
mejor comprensin en la reologa de las pulpas (14)
4.2.3.3. CARACTERISTICAS DEL CENTRIFUGADOR FALCON
Constituido principalmente por un cilindro rotante, donde la
geometra del rotor, interiormente en la parte inferior
adquiere una forma cnica y en la parte superior una
configuracin cilndrica en forma de anillos (figura 27). Gira
alrededor de los 2282 rpm, generando una fuerza centrifuga de
hasta 300 G (13,14)
(300 veces el valor de la gravedad)
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30
Este equipo responde
favorablemente al
tratamiento de
granulometras entre
1.651 a 0.020 mm (10 a
600 mallas Tyler),
separando y recuperando
material pesado (de
mayor peso especifico
respecto al del
estril) considerado
como fino y ultra fino. (14)
Figura 27: Configuracin del rotor
Del concentrador Falcon.
La pulpa alimentada por la parte central al fondo del cono,
experimenta primeramente un proceso de sedimentacin,
separndose el slido del lquido, formndose una capa de
sedimento (figura 28). Posteriormente, por la accin del agua
alimentada a contrapresin y la configuracin del cono, el
espesor de la capa va disminuyendo por el desprendimiento de
las partculas livianas de la capa que retornan a la pulpa
para su posterior evacuacin como rebose.
En esta operacin, las partculas pesadas se fijan en la pared
interna del cono y son descargados por la parte inferior a
travs de un cilindro que envuelve al cono.
El mecanismo de
separacin del Falcon se
denomina pelcula de
separacin fluidizada.
La revolucin de giro
del rotor puede ser
ajustada para distintos
rangos de velocidad y
as compensar los
cambios en el caudal de
la alimentacin (13,15)
Figura 28: Principio de separacin
del concentrador Falcon.
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31
Sus principales caractersticas son:
Amplio rango de aplicacin en el procesamiento industrial de minerales.
Buena eficiencia en la recuperacin de partculas finas.
Rotor construido de Caucho, poliuretano, carburo y ni-hard para una mxima resistencia al desgaste.
Pocas partes mviles.
Alta confiabilidad en la obtencin del concentrado.
Modelos a escala laboratorio con alta capacidad.
Modelos disponibles para la recuperacin con elevado peso o alimentacin con amplio rango de tamao de partculas.
Desde un punto de vista general, las principales ventajas que
ofrecen estos equipos son:
Elevada capacidad de procesamiento
Bajo consumo de agua
Recuperaciones elevadas, sobre todo en fracciones finas
Bajos costos de inversin y de operacin
Automatizacin simplificada
Preconcentracin y concentracin de minerales
Entre sus aplicaciones podemos citar a:
Recuperacin de oro fino a partir de yacimiento primario.
Retratamiento de sulfuros.
Recuperacin de hierro y estao fino
Remocin de ceniza y sulfuros del Carbn.
Recuperacin de Oro fino a partir de relaves de flotacin cianuracin
Preconcentracin antes de la cianuracin para maximizar rendimiento.
Retratamiento de relaves de Tantalio y Estao fino.
Retratamiento de Hierro fino contenido en relaves.
Preconcentracin de oro y plata a partir de relaves antiguos.
Preconcentracin y deslamado de depsitos de minerales pesados.
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32
Preconcentracin previa a la flotacin cianuracin mediante la remocin de partculas livianas no deseadas.
Instalacin en circuitos de molienda cicln para la recuperacin de valores liberados.
4.2.3.4. MODELOS DEL CONCENTRADOR FALCON
Actualmente en el mercado existe una numerosa variedad de
modelos del Centrifugador Falcon, desde aquellos utilizados
para escala laboratorio (semi-continuo), hasta los de uso
industrial (continuo), cada uno con caractersticas y
aplicaciones diferentes, adems de los ltimos modelos
desarrollados para material ultra-fino.
A continuacin describimos las caractersticas ms importantes
de algunos modelos de Centrifugadores Falcon (16):
FALCON MODELO B
Diseado en los aos 60, fue probado inicialmente en 1981, su
diseo sigui la metodologa de prueba y error,
acondicionndole con partes de caractersticas exclusivas como
un impulsor para direccionar la alimentacin a la pared, un
cono con un ngulo de inclinacin de alrededor de 14 y gomas
en la superficie (16)
El modelo Falcon B es el ms antiguo y simple para procesar
mineral con granulometra fina y trabaja con densidades de
pulpa bajas. El concentrado acumulado en la pared lisa del
rotor es peridicamente lavado a travs de pequeos orificios
conectados a una cavidad detrs del rotor, despus de un
intervalo cuando para el equipo. En esta operacin una
cantidad de material estril es retenido debajo de la delgada
capa del concentrado, el porcentaje de este material depende
de las caractersticas de la alimentacin lo que delimita la
aplicacin de estas unidades.
El control de las revoluciones de giro del rotor y la vlvula
de alimentacin Inter-enlazados a otros dispositivos
disminuyeron enormemente la puesta en marcha de la
transmisin. Para la limpieza, la alimentacin se interrumpe y
el rotor se detiene, entonces mientras se reduce la velocidad
del rotor se realiza la limpieza adicionando pequeas
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33
cantidades de agua. El tiempo total de apagado de la unidad es
de 30 40 segundos.(14,16)
El Falcon B esta siendo adaptado para procesar materiales con
baja ley y alto contenido de metales pesados.
FALCON MODELO C
Las necesidades de la Industria Minera, que operan
generalmente con grandes tonelajes de alimentacin fue el
principal impulso para desarrollar una unidad continua dando
lugar a los modelos C.(figura 29)
Estos equipos pueden ser aplicados a una amplia gama de
procesamiento de minerales con granulometras finas para
obtener concentrados en cantidades reducidas y recuperacin
elevada. Produce un concentrado en forma continua que puede
llegar a 40 % de masa respecto a la alimentacin. El objetivo
principal de esta serie es maximizar la recuperacin y
disminuir la masa que ingresa al proceso subsiguiente.,
En el equipo la carga es sometida a fuerzas centrifugas de
hasta 300 Gs dando lugar a una segregacin de las partculas
de acuerdo a su peso especfico mientras discurren por la
pared lisa del rotor. El concentrado es retenido en la cavidad
del rotor de donde peridicamente (de 5 a 30 seg.) es evacuada
por toberas de abertura variable controladas por un compresor,
las colas son descartadas por la parte superior del rotor en
forma contina, no se requiere la adicin de agua al proceso.
El paquete de automatizacin Auto Pac asegura la facilidad de
operacin del modelo.(13, 15, 16)
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34
Figura. 29: Falcon Modelo C
En tabla 3 se consignan las especificaciones tcnicas de los
equipos comprendidos en este grupo.
Tabla 3: Especificaciones tcnicas de la centrifuga Falcon
Modelo C.
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35
FALCON MODELO SB SUPERBOWL
Constituido tambin por un cono truncado que a diferencia de
los anteriores modelos, esta provisto de dos a tres rifles en
la parte superior del rotor. Es una combinacin de los
anteriores modelos, la zona de migracin del Falcon fue
conservada pero en la zona de retencin se observo la
necesidad de generar elutriacin para una mejor recuperacin
de oro grueso, por lo cual requiere la adicin de agua a
presin. Dos cilindros concntricos en la parte central son
utilizados para generar presin de agua, donde el segundo
cilindro cuenta con agujeros pequeos en la pared interna
cuyas hendeduras tienen el objetivo de distribuir el agua
sobre la cama.(16)
La adicin de agua en contra presin por las ranuras presentes
en la zona de concentrado, facilita el movimiento de las
partculas livianas y de esta manera slo son retenidas las
partculas ms pesadas. La limpieza se realiza con un pequeo
volumen de agua, interrumpiendo para ello la alimentacin y
deteniendo el rotor.
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36
El Falcon modelo SB instalado en concentracin primaria
proporciona una produccin constante y eficiente recuperacin
de oro. Su instalacin antes de la alimentacin a Ciclones
permite recuperar partculas finas de oro de manera eficiente.
Este modelo produce alrededor de 100 gramos de concentrado en
cada ciclo de operacin, ideal para pruebas piloto.
El control mediante AutoPac
facilita la operacin,
adems de permitir la
configuracin y
comunicacin con PLC y
otros sistemas de control.
La vibracin en el Falcon
SB es controlado por dos
tcnicas ampliamente
probadas. Primera: todas
las superficies giratorias
fueron mecanizadas tomando
en cuenta rangos aceptables
de tolerancias de los
concntricos.
Figura 30: Diagrama de balance
de fuerzas en
concentrador Falcon
SB
Las Fuerzas principales que actan en la concentracin en
cualquier modelo Falcon se dividen principalmente en dos
(figura 30). La primera debido a la friccin en la superficie
interna del cuerpo giratorio en sentido contrario al
movimiento, que ocasiona que las partculas permanezcan dentro
del equipo.
La segunda, debido al movimiento del rotor que empuja a las
partculas al exterior del equipo. Estas dos fuerzas actan en
cada una de las partculas de la alimentacin y su efecto
sobre ellas depende del peso de las mismas.
Conjuntamente el peso rotante, el soporte del armazn de la
estructura fue fabricado deliberadamente con un peso mayor
respecto a la pulpa residente en el Falcon SB en cualquier
tiempo.
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37
Lo anterior significa que si la alimentacin de la pulpa
varia, el efecto de la masa rotante es insignificante.
El rotor del Falcon SB es en esencia una polea que amortigua
la vibracin en forma similar a la polea de una trituradora de
mandbulas. (15, 16)
Las aberturas por donde se inyecta el agua
de fluidizacin en el Falcon SB son perpendiculares al eje de
rotacin.
Durante la operacin, el
concentrado compuesto por
material pesado se acumula
en la zona de retencin
(figura 31) y en la zona de
estratificacin, las
partculas de la
alimentacin comienzan a
formar estratos (inicio de
la fluidizacin) a lo largo
de esta superficie. La
inclinacin de esta
superficie y el material
utilizado en su fabricacin
son aspectos muy
importantes para impedir la
sedimentacin de la
alimentacin.
Figura 31: Distribucin de
zonas
En la figura 32 se observa el concentrador Falcon modelo SB.
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38
Figura 32: Falcon modelo SB
En tabla 4 se consignan las especificaciones tcnicas de los
equipos Falcon serie SB.
Tabla 4: Especificaciones tcnicas de la centrifuga Falcon
Serie SB.
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39
La tabla 5 muestra la relacin de la fuerza centrifuga de un
equipo de laboratorio modelo Sb 40.
Tabla 5: Especificaciones de fuerza centrifuga para el
Falcon Modelo SB40.
RPM vs. G's
Modelo del Concentrador: SB40 - VFD
Dimetro del Rotor: 4,00 pulg.
Frecuencia del Motor: 60 Hz
Velocidad del Motor: 1750 RPM
Mxima Velocidad del Rotor: 2400 RPM
AUTOPAC MOTOR ROTOR ACELERACIN
Hz RPM RPM CENTRIFUGA
20 583 583 20
25 729 729 31
30 875 875 44
35 1021 1021 60
40 1167 1167 78
45 1313 1313 99
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40
50 1458 1458 123
55 1604 1604 148
60 1750 1750 176
46,66 1361 1361 107
52,15 1521 1521 133
55,33 1614 1614 150
59,76 1743 1743 175
63,89 1863 1863 200
67,76 1976 1976 225
71,43 2083 2083 250
74,91 2185 2185 275
78,25 2282 2282 300
Nota: Las velocidades proporcionadas fueron calculadas con
valores tericos y no se no se considero la posibilidad del
desliz de la correa de transmisin del motor.
Para una mejor determinacin es necesario medir la
velocidad actual del rotor.
4.2.3.5 VARIABLES DE OPERACION
Como anteriormente lo enunciamos, los equipos Falcon poseen
una simplicidad en su operacin, lo que reduce enormemente los
parmetros operacionales, simplificando su control. Entre los
parmetros de mayor influencia en la eficiencia de separacin
estn: la granulometra de la alimentacin, la Fuerza
centrifuga, Caudal de alimentacin, Densidad de la pulpa y la
contrapresin de agua.
Granulometra de Alimentacin
Al igual que en cualquier proceso de beneficio de minerales,
el tamao de grano es de vital importancia para determinar la
eficiencia operacional del equipo, as como para establecer el
grado de liberacin del mineral de valor econmico. Para
coadyuvar a este fin se realiza la cuantificacin de la
distribucin granulomtrica.
Como ya lo mencionamos anteriormente el Concentrador
Centrifugo Falcon es utilizado generalmente para incrementar
la recuperacin de valores en granulometra fina, los cuales,
en procedimientos convencionales, se pierden conjuntamente el
material de descarte final (colas). Por ello, estos equipos
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41
son usados principalmente en la etapa de recuperacin de
minerales pesados a partir de colas finales de procesos
gravimtricos o para obtener un pre-concentrado.
Consecuentemente la ley con la que trabajan estos equipos son
relativamente bajas, es decir, estn en el orden de 0.5 a 10 %
peso respecto al total de la carga sometida al proceso, cuyo
tamao de grano est en un rango de 1 mm hasta 6 micrones.
Una de las principales caractersticas del modelo Falcon SB es
su eficiencia en la recuperacin de menas de tamao de
partcula inferiores a 325 mallas de la serie Tyler, cuya
separacin es funcin de las caractersticas fsicas de las
partculas tales como: forma, peso especfico, componentes de
la mena, grado de pureza, etc.
Por lo expuesto en la teora de la concentracin centrifuga,
el tamao de grano est directamente relacionado con la
velocidad de sedimentacin, que a su vez est influenciado por
la fuerza centrifuga, por lo cual es importante analizar con
detalle la influencia del tamao de grano de la alimentacin
con respecto a la recuperacin de valores.
Fuerza Centrifuga
La separacin de las partculas finas de valor econmico, en
los equipos centrifugadores es funcin directa de la fuerza
centrifuga aplicada. Adems de que su capacidad puede ser
ampliada incrementando el campo centrifugo. La teora nos
indica que a mayor fuerza centrifuga mayor ser la eficiencia
de separacin, por lo cual es importante estudiar la
influencia de est variable.
Caudal de Alimentacin
Una de las principales caractersticas del concentrador
Centrifugo Falcon es que el rea de contacto de la partcula
(rea de concentracin) se relaciona directamente con el
dimetro del equipo, es decir con la capacidad del mismo, por
lo cual es necesario determinar la cantidad de pulpa a ser
procesada.
La velocidad de alimentacin esta relacionado con la densidad
de la pulpa, la granulometra de alimentacin, la fuerza
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42
centrifuga y la contrapresin de agua, sin embargo en la
practica est variable no siempre puede ser modificada por lo
expuesto, adems de estar relacionado con la capacidad de
procesamiento de la planta, en particular con las maquinas
utilizadas en el circuito que involucra el proceso aplicado.
Densidad de la pulpa de Alimentacin
En los equipos centrfugos la densidad de la pulpa puede
fluctuar desde 25 hasta el 60 % de slidos en peso,
dependiendo exclusivamente del tonelaje de alimentacin al
equipo. En el modelo Falcon SB la densidad de pulpa puede
variar de 25 a 40 % slidos (23)
. Una densidad de pulpa elevada
conducir a productos de baja ley, en cambio una baja densidad
podra traducirse en una baja recuperacin.
Est variable, sin embargo, no es determinante y puede
permanecer invariable siempre que el volumen de alimentacin
se mantenga relativamente constante.
Contrapresin de agua
Este factor es importante, pues est relacionado con la
fluidizacin y consecuentemente repercute de manera directa en
la recuperacin y la ley del pre-concentrado.
La presin de agua alimentada al equipo no debe ser elevada
cuando se procesan partculas finas, porque puede originar
arrastre de partculas pesadas de valor econmico a las colas.
Por lo general est variable debe mantenerse en rangos
establecidos, lo suficientemente adecuado para originar la
estratificacin de la cama que permita retener las partculas
pesadas.
4.2.3.6. APLICACIN DE LA CENTRIFUGA FALCON
Durante los ltimos 15 aos, la serie de concentradoras Falcon
C ha demostrado su alta efectividad en la preconcentracin,
reduciendo el tonelaje que pasa a las etapas subsiguientes del
proceso.
La Falcon C trabaja bien en la depuracin (scavenger) en
procesos de recuperacin de valores a partir del procesamiento
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43
de colas y relaves de ingenios. Una caracterstica de esta
serie es que permiten obtener mejores recuperaciones con
menores costos de operacin, pero adems se elimina el agua de
fluidizacin (a diferencia de la serie Falcon SB de
concentradoras discontinuas) y el exceso de agua de proceso.
Se logra tambin un alto rendimiento, se elimina la necesidad
de contar con equipo de deslamado previo, lo que se recupera
es un flujo continuo de concentrado de hasta 150 tph en una
superficie de 6 m2.
Esta tecnologa ha sido puesta a prueba para oro, cobre,
estao, carbn, hierro, plata, minerales pesados y en especial
tantalio. Con estas menas el centrifugador Falcon ha logrado
excelentes resultados al efectuar el barrido del relave final.
Una de las Empresas pioneras en el uso de la tecnologa Falcon
C es la Tantalum Mineral Corporation (Tanco) del Canad para
la recuperacin de tantalio. Tanco ha instalado recientemente
una unidad C400 para proceder a la limpieza del producto
obtenido con una unidad C1000, reduciendo as el tonelaje que
pasa al circuito de limpieza final. La unidad Falcon ha
permitido a Tanco elevar la recuperacin de la planta en su
conjunto en aproximadamente 3%.
Recientemente se concluy con una serie de pruebas en la mina
Kettle River (USA), de propiedad de Echo Bay, donde Falcon
instal una concentradora C1000 a fin de realizar la limpieza
de los relaves sulfurados, obteniendo excelentes resultados,
de acuerdo al reporte de Falcon. E1 concentrado producido, con
un 75% de slidos en trminos de masa, puede ser alimentado
directamente, bien para remolienda o diluido para volver a la
etapa de lixiviacin en un circuito de cianuracin.
Esta modalidad de trabajo convenci a Echo Bay para adquirir
la primera unidad C4000 para la limpieza de los residuos
sulfurados del proceso de carbn en pulpa (CIP) (figura 33).
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44
Figura 33: Falcon modelo C 4000
La figura 34 muestra los espigots de descarga del concentrador
Falcon.
Figura 34: Espigots de descarga del preconcentrado, accionados
reumticamente.
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45
En figura 35 se observa los componentes de control principales
del concentrador Falcon, como ser: la compresora, sistema de
alimentacin de aire y los paneles programables de control de
operacin (PLC basado en el variador de frecuencia VFD)
Figura 35: Componentes de control principales del concentrador
Falcon Modelo C.
4.2.3.7. RESULTADOS OBTENIDOS CON EL CONCENTRADOR FALCON
En tabla 6 se observa una comparacin de resultados obtenidos
en laboratorio con el Falcon Modelo SB40 y los obtenidos en
planta con el modelo C400 (Bay, Kettle River Operations in
Washington State, U.S.A. and Placer Domes Campbell Red Lake
Mine).
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46
Tabla 6: Comparacin de resultados obtenidos con equipos
Falcon Modelo SB40 de laboratorio y C400
(Industrial)
Machine
Feed
Grade
Au
(g/t)
Conc
Grade
Au
(g/t)
Tail
Grade
Au
(g/t)
Upgrad
e
Ratio
Mass
Recover
y
Met.
Recover
y
C400 Leach
tails 0.589 1.271 0.403 2.16 6.7 22.80
SB40 Leach
tails 1.182 2.887 1.027 2.44 7.0 21.32
C400 Leach
tails 1.238 1.753 0.907 1.42 15.1 35.00
SB40 Leach
tails 2.296 3.505 2.130 1.53 17.0 32.70
En tabla 7 se dan a conocer los resultados obtenidos con
Falcon SB40 (17)
. Muestra Under Flow Cono Espesador del
Ingenio Santa Elena Empresa Minera Huanuni. Ley de cabeza
1,03 % Sn.
Tabla 7: Resultados obtenidos con Falcon SB40 Muestra
Under Flow Cono Espesador COMIBOL - Huanuni
PRUEBA
CONDICIONES DE OPERACIN PRECONCENTRADO
%
SLIDOS
FUERZA
G
PRESIN
AGUA
(PSI)
% PESO % Sn % RECUP.
1
2
3
30
30
30
300
300
200
0.50
1.50
1.00
35.80
29.90
33.20
1.50
3.68
3.24
81.50
79.70
77.80
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47
Tabla 8: Resultados tpicos obtenidos con Falcon SB 40 en el
procesamiento de menas aurferas (16)
.
Mineral
Tamao de
grano
Malla Tyler
Ley de
cabeza
(g Au/t)
Ley del
concent.
(g Au/t)
%
Recup.
Preconcentrado de
canaleta
- 100 264 4545 97,63
Colas relaves Coop.
San Vicente
-100 12,26 193 98,58
Piritas calcinadas -200 60,60 1584 75,08
Colas relaves Coop.
Virgen del Rosario
-200 7,06 206 83,40
Piritas aurferas -200 67,70 425 72,27
Para poder costear el traslado y/o disposicin final de las
colas, en el ao 2001 se han realizado varias pruebas a
escala de laboratorio en Falcon SB40, a fin de recuperar los
minerales de plata y estao a partir de la muestra relaves
xidos San Miguel Potos. La mejor alternativa analizada
comprende las siguientes etapas (18)
:
Clasificacin de la muestra con corte en malla Tyler 100.
molienda de la fraccin mayor al tamao de corte hasta que el 100 % pase por este tamao
Preconcentracin de la fraccin preparada, con repaso de las colas, a fin de obtener tres preconcentrados, que
fueron analizadas por estao por separado.
Limpieza del preconcentrado obtenido, en la centrifuga Falcon (Presin 2 PSI).
Las condiciones de operacin fueron: alimentacin 25 Kg/hr, 35
% slidos, 0,5 PSI de presin de agua de lavado y 80 Hz de
velocidad (300 Gs). Los resultados se muestran en tabla 9.
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48
Tabla 9: Procesamiento en Falcon SB40 Relaves xidos San
Miguel (Potos)
Producto % Peso % Sn % Distribucin
Concentrado K1
Concentrado K2
1,85
2,15
12,70
7,90
18,62
13,47
Concentrado 1+2 3,99 10,12 32,10
Concentrado K3 1,69 6,00 8,06
Total Concentrados 5,68 8,89 40,16
Colas limpieza Pk2 11,01 2,20 19,24
Total Preconcentrado PK2 16,69 4,48 59,39
Colas Preconcentrado PK1 27,02 0,85 18,25
Total Preconcentrado PK1 43,71 2,24 77,64
Colas Generales 56,29 0,50 22,36
Cabeza Calculada 100,00 1,26 100,00
Tambin se han corrido una serie de pruebas en la centrifuga
Falcon SB40 con la muestra colas relaves antiguas Telamayu (19)
. Las etapas de la mejor alternativa fueron:
Clasificacin de la muestra en malla 100, serie Tyler.
Molienda de la fraccin +100 a 100% -100 Mallas Tyler.
Flotacin de sulfuros a partir de la fraccin molida.
Preconcentracin del producto non float en centrifugador FALCON a 0,5 PSI de presin de alimentacin de agua.
Limpieza de los preconcentrados FALCON en mesa vibrante.
Los resultados se consignan en tablas 10 y 11.
Tabla 10: Balance Metalrgico de la Flotacin de Sulfuros
PRODUCTO % PESO % Sn DM Ag % DISTRIB.
Sn
% DISTRIB.
Ag
Espuma piritas
Non Float
37,90
62,10
0,40
1,10
2,90
1,11
18,16
81,84
61,46
38,54
Cabeza Calculada 100,00 0,83 1,79 100,00 100,00
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Tabla 11: Balance Metalrgico Resumido (Presin de Agua
0,5 PSI; 30 % Slidos, 25 kg/h aliment.; 300 Gs.).
PRODUCTO % PESO
TOTAL
%
Sn
DM
Ag
%
DISTRIB.
TOTAL Sn
%
DISTRIB.
TOTAL Ag
1. Conc.Mesa Limp. K
2. Mixtos Mesa Limp.
1,05
15,82
20,70
1,10
2,34
1,12
28,86
23,04
1,36
9,76
3. Preconcentrado
Falcon (1+2) 16,87 2,32 1,20 51,90 11,12
4. Colas Falcon 45,23 0,50 1,10 29,94 27,42
Cabeza Calculada (3+4) 62,10 1,00 1,13 81,84 38,54
4.2.3.8. DIAGRAMAS DE FLUJO TIPICOS
Feed tonnage (t/h) 80.00 Overflow tonnage 75.68
Feed grade (g/t) 8.00 Overflow grade 1.15
Gold units (g/h) 640.00 Gold units 87.04
Circulating load (%) 300.00
Tonnage (t/h) 240.00
12 % Of Cyclone Underflow
Falcon feed (t/h) 28.80
Feed grade (g/t) 24.00
Gold units (g/h) 691.20
Falcon Recovery From the Overall Grinding
Circuit is 86.4 %
Mass Rec to Conc. (%) 15.00
Conc tonnage (t/h) 4.32
Recovery (%) 80.00
Gold Units (g/h) 552.96
Conc grade (g/t) 128.00
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50
Figura 36: Instalacin de Falcon Modelo C para el procesamiento de
minerales de hierro.
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51
Figura 37: Circuito para la limpieza de carbn mineral
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52
Figura 38: Instalacin de Falcon Modelo C para la recuperacin de
valores a partir de colas de flotacin o lixiviacin
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53
Figura 39: Circuito convencional para la recuperacin de valores
de yacimientos secundarios.
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54
Figura 40: Circuito convencional molienda - Falcon
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55
Figura 41: Circuito convencional molienda - Falcon
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56
4.3. CENTRFUGAS DE LECHO FLUIDIZADO PULSANTE
Entre los principales equipos de concentracin centrifuga que
corresponden a este grupo podemos citar a:
Concentrador Kelsey jig.
Concentrador multigravimtricos Mozley.
4.3.1. CONCENTRADOR KELSEY JIG
4.3.1.1. CARACTERISTICAS DE OPERACIN DEL KELSEY JIG
El diseo radical de la centrfuga Kelsey Jig toma una criba
convencional y lo hace girar en una centrfuga, permitiendo la
generacin de fuerzas de 100x de gravedad. Esto resulta en una
eficiencia incrementada de separacin de partculas,
particularmente de tamao fino, reduciendo significativamente
de efecto de fuerzas que impiden la separacin de partculas
finas (20)
.
La generacin de la fuerza centrfuga es lograda por variables
de control de velocidad de giro de la criba. Dentro del rotor
una criba de forma parablica es extendida coaxialmente junto
con el rotor. La criba es alineada internamente con la cama
que se esparce suavemente con la generacin de la fuerza
centrfuga. La carga a ser procesada se alimenta a travs de
una tobera central, en forma de pulpa, la cual llega a la base
de la criba para que, en base al movimiento rotatorio, sea
impulsada a la zona de concentracin (cama). En esta operacin
las partculas slidas de la alimentacin son aceleradas hacia
el lecho de la cama debido a la fuerza gravitacional aparente,
mientras el lecho se eleva continuamente para desplazar
selectivamente a las partculas de la alimentacin.
Aquellas partculas cuya gravedad especfica exceden a la del
material que conforma la cama podrn pasar por el lecho de la
cama, hacia los recipientes de retencin de los concentrados
de donde son descargadas a travs de los spigots en forma de
pulpas.
En cambio, los minerales ms livianos (material estril) que
el lecho conformado por la cama sern descargados por encima
del tope de los anillos de la criba de retencin de la cama
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57
con la ayuda de los limpiadores.
El proceso de impedir el asentamiento dentro el lecho no es
solo ejercido por la fuerza centrfuga sino tambin por la
pulsacin del lecho de la cama. La pulsacin del lecho es
logrado a travs de los brazos de mecnicos conectados a los
diafragmas instalados en la parte baja de los recipientes de
retencin de los concentrados.
La seccin interna de los recipientes est encasillada por la
criba de retencin de la cama. Durante una operacin normal
cada recipiente de concentrado es suministrado con agua de tal
forma que el rango de suministro exceda el rango al cual el
agua pase hacia fuera, debido a la fuerza centrfuga, a travs
de los spigots de descarga de concentrados.
El agua en exceso pasa a travs de la criba de retencin de la
cama para descargarse en forma de pulpa conjuntamente con el
material de menor peso especfico al de la cama, por encima
del anillo de retencin de la cama.
El diafragma flexible de la criba es sellado a la seccin
externa en cada una de las celdas del concentrado. El agua
contenida dentro de la celda presiona contra el diafragma,
debido a la fuerza centrfuga actuando sobre este, y
consecuentemente fuerza al diafragma en contra de las piezas
que generan la pulsacin. Estas piezas presionan contra el
diafragma, a una frecuencia y amplitud fijada por el operador,
dilatando as el lecho de la cama. Las ondas de golpe
producidas por el pulso tienen un efecto doble.
Primeramente dilatan el lecho de la cama, como se mencionado
en lneas arriba, permitiendo que los minerales entren al
lecho. En segundo lugar, acentan los valores de aceleracin
entre las partculas de gravedades especficas diferentes.
Este fenmeno puede es explicado del siguiente modo:
Las partculas que son sometidas a una fuerza constante
aceleraran a una razn proporcional a su masa hasta que
alcancen una velocidad crtica. Esta velocidad crtica esta
principalmente relacionada con el rea de la superficie de la
partcula, por lo tanto, las partculas del mismo tamao pero
de diferente gravedad especfica se separaran cuando se
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58
coloquen en un campo de fuerza constante, pero disminuirn el
grado de separacin lentamente una vez que hayan alcanzado la
velocidad crtica. Las ondas de choque, producidas por la
accin pulsante de la criba, detendrn continuamente el
asentamiento de las partculas de tal manera que estas no
alcancen la velocidad crtica y como resultado estas se
separaran a un rango inicialmente rpido a lo largo de l.
El clasificador hidrulico centrfugo Kelsey (jig Kelsey) fue
desarrollado por Chris Kelsey en la dcada del 70 y desde 1990
se lo utiliza en varias empresas mineras grandes en el mundo (21)
.
El jig centrfugo Kelsey fue concebido a partir del jig Harz
instalado en posicin horizontal girando en un campo
centrfugo como se muestra en figura 42.
El equipo emplea un
mecanismo complicado
que hace rotar la
criba para generar el
campo centrfugo y un
diafragma fijo
instalado detrs de la
criba que permite el
movimiento de la cama
pulsante(7)
.
Figura 42. El jig Kelsey
Este sistema nico de separacin y recuperacin patentado en
ms de 40 pases, difiere de los dems jigs no solo porque
trabaja a aceleraciones de gravedad mayores que llegan hasta
60 Gs, sino que la cama de partculas finas que se
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