IMFORME LABORATORIO METALURGICO

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1. GENERALIDADES se denomina clasificación a la operación de separación de los componentes de una mezcla de partículas en dos o mas fracciones de acuerdo al tamaño u otra propiedad física típica del material, siendo cada grupo obtenido más uniforme en dicha propiedad que la mezcla mas uniforme en dicha propiedad que la mezcla original. En los circuitos cerrados de molienda – clasificación generalmente el clasificador que se usa es el hidrociclón. La clasificación en un flujo se basa, principalmente, en las leyes de movimiento de las partículas sólidas en un medio fluido y por ello depende de variables, tales como, el tamaño y forma de las partículas y, las propiedades del fluido y de la suspensión. Cualquiera que sea la naturaleza de la clasificación, como del equipo en que se efectúa, el proceso de separación por tamaño puede representarse mediante el siguiente esquema: En la mayoría de los casos, el producto de la clasificación está constituido por dos fracciones, una integrada preferentemente por las partículas gruesas y la otra por

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1. GENERALIDADES

se denomina clasificación a la operación de separación de los componentes de una mezcla de partículas en dos o mas fracciones de acuerdo al tamaño u otra propiedad física típica del material, siendo cada grupo obtenido más uniforme en dicha propiedad que la mezcla mas uniforme en dicha propiedad que la mezcla original. En los circuitos cerrados de molienda – clasificación generalmente el clasificador que se usa es el hidrociclón.

La clasificación en un flujo se basa, principalmente, en las leyes de movimiento de las partículas sólidas en un medio fluido y por ello depende de variables, tales como, el tamaño y forma de las partículas y, las propiedades del fluido y de la suspensión.

Cualquiera que sea la naturaleza de la clasificación, como del equipo en que se efectúa, el proceso de separación por tamaño puede representarse mediante el siguiente esquema:

En la mayoría de los casos, el producto de la clasificación está constituido por dos fracciones, una integrada preferentemente por las partículas gruesas y la otra por las partículas finas. La fracción gruesa recibe el nombre de descarga, mientras la fracción fina se denomina rebalse.

En una operación perfecta los productos de descarga y rebalse quedaran separados de tal forma que la descarga contenga todo el producto mayor que una cierta malla, y el rebalse todo el material menor que esa malla.

Esto no se consigue nunca en la práctica, aunque en el harnero la descarga está, en general, desprovista de todo el material mayor al tamiz utilizado.

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Definiciones:

a) fracción volumétrica de sólidos, es la razón entre el volumen de sólidos y volumen total de una suspensión o pulpa.

b) por ciento volumétrico de sólidos, es la razón expresada en %, del volumen de sólidos y el volumen de total de la pulpa.

c) Densidad de la pulpa, es la razón entre la masa de la suspensión y su volumen.

d) Fracción de sólidos en peso, es la razón entre el peso del solidó y el peso de la pulpa.

e) Por ciento de sólidos en peso del liquido y el peso del solidó en una pulpa.

f) Dilución, es la razón entre el peso del liquido y el peso del solidó en una pulpa.

2. EL HIDROCICLÓN

Las variables de operación de un hidrociclón son de dos clases: las relacionadas con la geometría del hidrociclón y aquellas ligadas al proceso.

Variables ligadas a la geometría del hidrociclón

El hidrociclón es un equipo desprovisto de partes móviles y esta compuesto, básicamente, por dos piezas: una cilíndrica y una cónica, cuyo ángulo varía de 10 a 20 grados. Una vista del hidrociclón se muestra en la figura 1, con un corte para mostrar las partes internas. El hidrociclón posee tres oficios:

a) Inyector: es el orificio de entrada de la pulpa en el hidrociclón. Esta situado en la parte cilíndrica, próximo a la parte superior alimentándose tangencialmente la pulpa.

b) Vortex: es el orificio de descarga de agua justamente con la fracción fina de los sólidos. Se encuentra en la parte superior de la sección cilíndrica, donde se introduce un tubo denominado “Vortex – Finder”.

c) Apex: es la abertura de descarga de la fracción gruesa de los sólidos, con porcentaje de sólidos mas elevado. Esta ubicado en el extremo de la parte cónica.

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Figura 1: partes de un hidrociclón

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La dimensión característica del hidrociclón es el diámetro de la parte cilíndrica. El diámetro del “Vortex y del Apex” es variable dentro de ciertos limites para adecuarse a la aplicación deseada.

La pulpa inyectada tangencialmente es la parte cilíndrica va en dirección al centro del hidrociclón en forma espiral. Debido al régimen fluido – dinámico que ocurre dentro del hidrociclón, en especial en la región de entrada de la pulpa, se torna muy importante la disposición y forma de la abertura de entrada para minimizar la turbulencia en esa región, lo que afecta bastante el mecanismo de clasificación. Generalmente, la abertura de entrada es de forma rectangular y dispuesta de manera que la pulpa sea inyectada helicoidalmente y tangencialmente a la pared del hidrociclón.

La teoría clásica de la acción del hidrociclón es que las partículas están sometidas a dos fuerzas opuestas: una fuerza centrifuga hacia fuera y una fuerza de arrastre de arrastre que actúan hacia el interior (figura 2).

El hidrociclón realiza la operación por tamaño de las partículas por la acción de la fuerza centrifuga. La pulpa eyectada sigue la trayectoria circular que origina en el centro del ciclón, un vórtice de baja presión que aspira el aire por el “apex” y crea una corriente de pulpa que se descarga a través del “Vortex – fider”; en la pared del hidrociclón hay una corriente que se dirige hacia el “apex”.

Así, dentro del hidrociclón hay una distribución de velocidad, como se muestra en la figura 3.

Una partícula colocada en un punto cualquiera del hidrociclón estará bajo el efecto de una fuerza centrifuga y, simultáneamente, de una fuerza de arrastre corriente de pulpa que se dirige al “Vortex – fider”. Para partículas gruesas centrifugas que superan la fuerza de arrastre, lo que llevare a que esas partículas se dirijan a la pared del hidrociclón, y entren en la corriente que se dirige al “apex”. Las partículas finas se aproximaran al centro del ciclón y serán descargadas por el “Vortex – fider”, debido a que las fuerza de arrastre supera la fuerza centrifuga para esas partículas.

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Figura 2: Fuerza que actúan sobre una partícula en el hidrociclón.

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Figura 3: Esquema de distribución de fuerzas en un hidrociclón

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Las variables geométricas más importantes en el rendimiento del hidrociclón son:

a) Diámetro del hidrociclón.

b) Diámetro del “vortex – finder”.

c) Diámetro de “apex”.

d) Área y forma de la abertura de entrada.

e) Altura del “vortex – finder”.

Además de esos parámetros también son importantes:

a) altura de la parte cilíndrica del hidrociclón.

b) ángulo de la parte cónica.

c) Posición del montaje del hidrociclón: normalmente los ciclones son instalados en posición vertical, con la parte cónica para abajo; de ahí que el flujo que sale por el “apex” se denomina “underflow” y el flujo que sale por el “vortex”, “overflow”. En aplicaciones especiales es usual la instalación del hidrociclón en posición inclinada, hasta el extremo de la pared inferior de la parte cónica colocarse con pequeña inclinación descendente. La posición del hidrociclón tiene poca influencia en el rendimiento del hidrociclón de pequeño diámetro operando con altas presiones; sin embargo esa posición puede ser muy importante en el rendimiento de hidrociclones de diámetros grande operando a bajas presiones.

Variables ligadas al proceso

Las principales variables ligadas al proceso son:

a) densidad de los sólidos.

b) Porcentaje de sólidos en la alimentación del hidrociclón.

c) Presión de alimentación.

d) Flujo de alimentación.

e) Porcentaje de solidos en el “underflow”.

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f) Porcentaje de solidos en el “overflow”.g) Flujo de sólidos.

h) Distribución granulométrica.

i) Cantidad de finos en la pulpa.

j) Viscosidad de la pulpa.

Algunas de las variables indicadas son inherentes al material a ser clasificado, mientras que otras pueden ser ajustadas para la aplicación deseada.

3. DETECCION DE ANORMALIDADES EN EL SISTEMA DE CLASIFICACION CON HIDROCICLON.

Las anormalidades generalmente son detectadas por los operadores encargados y se basan en la vigilancia constante que estos deben tener en los puntos clave que se analizan a continuación.

3.1 Nivel de la cuba de alimentación.

La pulpa en la cuba debe estar a un nivel suficiente para que la bomba succione en forma adecuada, si este nivel esta debajo de la alimentación a la bomba, provoca la entrada prematura del impulsor.

Si la cuba esta rebalsando puede ser debido a los siguientes motivos:

Detención de la bomba en forma repentiva (por sobredescarga, problemas eléctricos o mecánicos).

A tollos en la bomba provocado por cuerpos ajenos a la operación (bolas, piedras, palos, etc.).

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3.2 Descarga del hidrociclón.

Se debe vigilar constantemente la descarga del hidrociclón (figura 4).

Una abertura del “apex” de descarga demasiado grande da como resultado la situación (b) mostrada en la figura 4. En ese caso la descarga es de tipo “paragua” y presenta una alta dilución. El agua adicional transporta los sólidos finos sin clasificar, que deberían salir por el rebalse.

La situación (c) de la figura 4 muestra el tipo de descarga conocida como “cordel” o “soga” (“roping”) y ocurre porque la abertura del “apex” de descargas es demasiado pequeña.

Figura 4: tipos de flujos que pueden presentarse en la descarga del hidrociclón. (a) ángulo de descarga adecuado (20-30), (b) descarga en forma en forma de paraguas con una alta disolución; (c) descarga tipo cordel o soga con un chorro de pulpa muy espeso del mismo diámetro que el “apex”.

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Se forman un chorro de pulpa muy espeso del mismo diámetro que “apex” y el flujo de aire se puede perder, de ese modo, el material grueso esta forzado a salir por el rebalse. Es una situación no deseada.

La situación (a) muestra el ángulo de descarga adecuado que permite que la clasificación del hidrociclón sea eficiente. Bajo condiciones de operación correcta la descarga debe formar un chorro cónico hueco con un ángulo comprendido entre 20 y 30°. En esa situación el aire puede entrar al ciclón y las partículas gruesas clasificadas descargaran libremente por el “apex”.

4. CURVAS DE EFICIENCIA REAL Y CORREGIDA EN UN HIDROCICLON.

En el caso específico del hidrociclón, podremos suponer que el producto grueso en la descarga estará formado por dos componentes:

a) Partículas gruesas que aparecen en la descarga como resultados del proceso mismo de clasificación.

b) Partículas finas que son arrastradas por el agua hacia la descarga el hidrociclón. Se acostumbra a decir entonces que estas partículas finas han “corto – circuito” el proceso normal de clasificación en el hidrociclón, pasando directamente desde la alimentación hacia la descarga del clasificador.

Para describir el proceso de clasificación dentro del hidrociclón, se acostumbra definir una curva de participación o curva de eficiencia real, tal como se ilustra en la (figura 5). Dicha curva especifica, en función de la granulometría, muestra la fracción en peso de partículas que pasan desde la alimentación a la descarga, bajo condiciones de operación estacionarias. En dicha figura, puede observarse que para los tamaños mas gruesos la eficiencia real es casi de 100%, indicando que este rango granulométrico casi todas las partículas saldrán de la descarga del hidrociclón. Obstante, se observa para los tamaños mas finos la eficiencia no es 0%, indicando que una pequeña cantidad de finos será arrastrada por el agua hacia la descarga del clasificador. El fenómeno anterior se denomina generalmente “bypass” o corto circuito, y se ilustra también en la (figura 5) bajo el nombre de curvas de partición corregida (es decir, corregida por el efecto de bypass).

Se define como eficiencia de clasificación a la razón entre el peso del material clasificado en la descarga y el peso de material a clasificar en la alimentación.

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Figura 5: Curvas de eficiencia real y corregida.

E= Df d Afa

Donde:

E = Eficiencia real para partículas de tamaño d. (°/1).

A= Flujo másico de alimentación sólida a hidrociclón. (t/h).

D= Flujo másico de descarga sólida de hidrociclón. (t/h).

fa= fracción en peso de partículas de tamaño d en alimentación a hidrociclón.

fd= fracción en peso de partículas de tamaño d en descarga de hidrociclón.

Al tamaño de partículas que resulta con una eficiencia de 50% se acostumbra denominarlo tamaño de corte, y se designa por d50 (figura 5).

El valor de la eficiencia para las partículas mas finas no se anula como seria deseable, sino que tiende a un valor Bp (bypass) mayor que cero. Esto seguramente se debe a que las partículas finas por ser fácilmente arrastrables, son acarreadas por el agua, que se acompaña al producto grueso. Así el valor Bp representa al porcentaje de agua de la alimentación que va al “underflow”.

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Con el propósito de obtener una curva de eficiencia que representa solamente lo que ocurre a las partículas que son efectivamente clasificadas, se ha propuesto redefinir la eficiencia descontando al peso de cada fracción de tamaño, la proporción correspondiente a las partículas de ese tamaño que van al “underflow” debido a cortocircuito. Así, la eficiencia corregida se determina por la siguiente relación:

E= E - Bp 1 - Bp

Donde:

Ec= Eficiencia corregida para partículas de tamaño d. (°/1).

E= Eficiencia real para partículas de tamaño d. (°/1)

Bp= Eficiencia real para partículas de tamaño d, arrastradas por el agua hacia la Descarga.

El tamaño de partículas para al cual la eficiencia corregida es de 50% se denomina tamaño de corte corregida y se designa por d50c (figura 5).

La claridad del corte o separación depende de la pendiente la sección central de la curva de eficiencia y mientras mas próxima este la pendiente a la vertical, tanto mas alta es la eficiencia. La pendiente de la curva se puede expresar tomando los puntos en los cuales el 75% y 25% de las partículas de la alimentación se reportan a la descarga y estos son los tamaños d75 y d25, respectivamente. La eficiencia de la separación o la llamada imperfección I esta dada por: I= d 75 - d 25 2 d50

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5. CARGA CIRCULANTE EN EL CIRCUITO CERRADO MOLIENDA – CLASIFICACION.

Las operaciones de molienda – clasificación se realizan en circuito cerrado (figura 6). El porcentaje de carga circulante en un circuito cerrado de molienda – clasificación se determina con la siguiente expresión:

%CC= Ra - Rr x 100 Rd - Ra

Donde:

Ra= % acumulativo retenido en alimentación al clasificador.

Rr= % acumulativo retenido en el rebalse del clasificador.

Rd= % acumulativo retenido en la descarga del clasificador.

Figura 6: concentraciones tipicas de circuitos industriales de molienda y clasificacion.

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Ejemplo I. determine el porcentaje de carga circulante con los siguientes datos de análisis granulométrico.

Malla Tyler Ra Rr Rd48 42,3 1,2 55,765 57,6 7,8 73,9100 67,1 17,2 83,5150 72,8 27,4 87,7200 78,8 39,8 91,8-200 100 100 100

Solución:

%CC= Ra - Rr x 100 Rd - Ra

Malla 65: %CC= 57,6 - 7,8 x100 73,9 - 57,6

%CC= 306%

Malla 150: %CC= 72,8 - 27,4 x100 87,7 - 72,8

%CC= 305%

Malla 150: %CC= 78,8 - 39,8 x100 91,8 - 78,8

%CC= 300%

Luego, el porcentaje de carga circulante es 302%

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6. ALGUNAS SUGERENCIAS EN LA OPERACIÓN DE UN HIDROCICLON.

A continuación indican pautas de acción que, debidamente adoptadas, conducen a alcanzar el objetivo permanentemente de optimizar la productividad del hidrociclón.

6.1. Maximizar el contenido de sólidos en el entorno de los clasificadores.

Es conveniente operar los hidrociclones con un contenido de sólidos en la descarga tan alto como sea operacionalmente posible. Ello apunta a minimizar el cortocircuito o retorno de partículas finas al molino.

En la práctica, esta recomendación implica simplemente cerrados para mantener la alta densidad de pulpas deseada; justo por debajo de la condición limite de “soga” o “doping”.

Es perfectamente entendible que los operadores prefieran mantener una descarga mas diluida, puesto que ello demanda una menor atención en cuanto a estabilidad operacional; pero a medida que aumenta el cortocircuito, aumenta consecuentemente la carga circulante y por lo tanto, la exigencia sobre la bomba. Si la instalación esta detalla con una bomba de velocidad variable con capacidad adicional disponible, es claramente recomendable no copar esta disponibilidad con fino circulantes sino de la forma que se indica en el punto siguiente.

6.2. Maximizar la dosificación de agua al cajón de la bomba.

Es muy ventajoso operar el circuito de molienda clasificación con un mínimo contenidote sólidos en el rebalse de los hidrociclones; lo cual en términos prácticos significa simplemente adicionar el mismo de agua disponible, en compatibilidad con las etapas de concentración subsecuentes. Dependiendo de la configuración del circuito, la mayor parte de la dosificación total de agua se adiciona normalmente al cajón de la bomba (figura 6, flujo 4) y la menor diferencia restante directamente al molino, a fin de mantener adecuadas condiciones reologicas de la pulpa en su interior (48% a 54% sólidos en volumen).

6.3 incrementar la capacidad de la bomba.

Implementar la recomendación anterior irremediablemente implica un aumento considerable en el nivel de carga circulante en el circuito. Resulta lógico por lo tanto

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tomar las precauciones pertinentes para evitar que la capacidad de la bomba puede ser el “cuello de botella” de la instalación.

Considerando el importante beneficio marginal normalmente asociado a un incrementó de productividad alcanzable por esta vía, la adquisición de una nueva bomba de mayor capacidad es siempre justificables desde el punto de vista económica. Eventualmente, un simple cambio de poleas de transmisión o modificaciones menores en el diseño y ubicaciones de la batería de hidrociclones pueden ser suficientes para obtener un mayor caudal de la bomba.

Finalmente, debe tenerse presente la “cuarta ley” para molienda/clasificación propuesta por Jaime E. Sepúlveda que postula: “la optima dilución de sólidos en la alimentación a ciclones así como la optima carga circulante son las que necesariamente resulten de operar con:

El mínimo contenido de sólidos en el producto de rebalse de los ciclones.

El máximo contenido de sólidos en la descarga de los ciclones, operacionalmente factible de implementar.

El cumplimiento de la primera condición, referente a la dilución de rebalse, debería estar limitado solamente por la disponibilidad de agua en la instalación, y los requerimientos de los procesos subsiguientes en la cadena operativa. La segunda condición, referente al flujo de descarga, es alcanzable por medio de una adecuada geometría y numero de ciclones en la batería.

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Molinos de bolas.

La etapa final de comunicación se realiza en molinos cilíndricos usando las bolas de acero como medio de molienda y por esa razón se conocen como molinos de bolas, ya que las bolas tienen una mayor área superficial por unidad de peso que las barras y así son mas aptas para molienda fina.

El termino molino de bolas de utiliza en aquellos que tienen una razón largo a diámetro de 1.5 a 1 o menor y no hay un criterio general para elegir una razón L/D (largo/diámetro) dada. Los molinos de bolas en que la relación de longitud a diámetro esta entre 3 y 5, se conocen como molinos tubulares.

Los molinos de bolas también se clasifican por la naturaleza de la descarga. Pueden ser molinos de derrame simple, operados en circuito abierto o cerrado, o molinos de parrilla de descarga (descarga de nivel bajo). Este ultimo tipo esta acondicionado con parrillas de descarga entre el cuerpo cilíndrico del molino y el muñón de descarga. La pulpa fluye libremente a través de la aberturas de la parrilla después es elevada hasta el nivel del muñón de descarga. Estos molinos tienen un nivel de pulpas mas bajo que los molinos de derrame reduciendo así el tiempo de permanencia de las partículas dentro del molino. Existe muy poca sobremolienda y el producto tiene una fracción grande de material grueso, la cual regresa al molino por algún tipo de mecanismo clasificador. La molienda en circuito cerrado, con altas cargas circulantes, producen un producto final estrechamente clasificado y una alta producción por unidad de volumen, si se compara con la molienda en circuito abierto. Los molinos con parilla de descarga, generalmente toman una alimentación más gruesa que los molinos de derrame y no se requiere moler tan finamente; la razón principal es que con la formación de muchas bolas pequeñas, el área de aberturas de la parilla se obstruye rápidamente. El molino de muñón de descarga es la más simple para operar y se usa la mayor parte de las aplicaciones del molino de bolas, especialmente para molienda fina y remolienda. Se dice que el consumo de energía es alrededor de 15% menor que el de un molino con parilla de descarga del mismo tamaño, aunque la eficiencia de la molienda en los dos molinos es la misma.

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INTRODUCCION

El objetivo de la molienda es reducir partículas desde algunas decenas de milímetros hasta algunas decenas de micrones.

En procesamiento de minerales, nuestro interes basico esta dado en una molienda