Capitulo Iv

CAPITULO IV CONCENTRACIÓN MAGNÉTICA Y ELECTROMAGNÉTICA

POR: MSc. INGº. NATANIEL LINARES GUTIÉRREZ DOCENTE ESME-FAME/UNJBG 2010 12/05/2012

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OBJETIVO • Al concluir el estudio de este capítulo, el estudiante estará capacitado para: • Entender y aplicar los fundamentos de la separación o concentración magnética y electromagnética al procesamiento de minerales aprovechando sus propiedades de respuesta de las partículas minerales cuando son sometidas a un campo magnético o electromagnético. • Realizar estudios de investigación de concentración de minerales por este método, diseñar circuitos y Plantas de esta naturaleza.

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INTRODUCCIÓN • •

• •

•

La separación magnética de menas de hierro ha sido utilizada por casi 200 años, empleando para ello, una amplia variedad de equipos. Los separadores magnéticos aprovechan la diferencia en las propiedades magnéticas de los minerales componentes de las menas. Todos los materiales se alteran en alguna forma al colocarlos en un campo magnético, aunque en la mayor parte de las sustancias, el efecto es demasiado ligero para detectarlo. Los materiales se clasifican en dos amplios grupos, según los atraiga o los repela un magneto : paramagnéticos y diamagnéticos. Los diamagnéticos se repelen a lo largo de las líneas de fuerza magnética, hasta el punto donde la intensidad de campo ya es muy leve. Las sustancias diamagnéticas no se pueden concentrar magnéticamente. Los paramagnéticos son atraídos a lo largo de las líneas de fuerza magnética hasta los puntos de mayor intensidad del campo. Los materiales paramagnéticos se pueden concentrar en los separadores magnéticos de alta intensidad. 12/05/2012

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CONCENTRACIÓN MAGNÉTICA La concentración magnética es una operación de separación física de partículas por separado que se fundamenta en una relación de competencia entre:

La concentración magnética aprovecha de las diferencias en las propiedades magnéticas de los minerales, los cuales se dividen en una de las tres propiedades magnéticas:

Fuerzas magnéticas.

Ferromagnéticas

Fuerzas gravitacionales, centrífugas, de fricción o de inercia.

Paramagnéticas y

Fuerzas de atracción o de repulsión interpartículas.

Diamagnéticas.

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CONCENTRACIÓN MAGNÉTICA • Cuando una mezcla de partículas minerales se introducen en un campo magnético, H, de un concentrador magnético, quedan sometidas a la acción de este campo y a un conjunto de fuerzas mecánicas accesorias, tales como las de gravedad, centrífuga, rozamiento, inercia y resistencia de fluidos. Su rendimiento dependerá entonces de la naturaleza de la alimentación, la cual abarca la distribución granulométrica, la susceptibilidad magnética y otras propiedades físicas y químicas que puedan afectar a las diversas fuerzas que intervienen.

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PRINCIPIOS DE LA SEPARACIÓN MAGNÉTICA Para poder caracterizar el comportamiento de las partículas minerales dentro de un campo magnético es necesario mínimamente conocer los siguientes conceptos:

Intensidad de imantación y susceptibilidad magnética.

La selectividad de la separación magnética está determinada por el balance de las fuerzas que interactúan sobre cada una de las partículas a separar, estas son:

Fuerza magnética

Permeabilidad magnética.

Fuerza de gravedad Fuerza centrífuga

Fuerza magnética. 12/05/2012

Fuerzas hidrodinámicas Fuerzas interparticulares (de atracción o repulsión) MSc. Ing. Nataniel Linares G

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FUERZA MAGNÉTICA •

La fuerza magnética que actúa sobre una partícula depende de su susceptibilidad magnética (K)

K •

De donde, – –

• •

I H

I = Es la intensidad de magnetización H = Es el campo magnético aplicado

Los minerales paramagnéticos poseen un K alto, mientras que los minerales diamagnéticos K es bajo o cero. La fuerza de magnetización que actúa sobre cada partícula puede ser determinada mediante la siguiente expresión:

Fm   * m * H * •

H r

Donde: –

– – – –

Fm = Es la fuerza magnética que actúa sobre una partícula.  = Es la masa o la susceptibilidad magnética específica de la partícula, cm3/g m = Masa de la partícula, g H = Campo magnetizante, Gauss H/r = Gradiente de campo magnético, Gauss/cm

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La permeabilidad magnética se define por la relación: B =  Hi Donde:  = Es la permeabilidad magnética. B = Es la inducción magnética 7

CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES SEGÚN SU COMPORTAMIENTO EN UN CAMPO MAGNÉTICO

De acuerdo con su susceptibilidad magnética los minerales pueden ser clasificados como:

De acuerdo al comportamiento en un campo magnético, los minerales se agrupan generalmente en tres grupos, aun cuando hay minerales cuya susceptibilidad varía con su composición y que las soluciones sólidas o inclusiones de dos o más son factores de complicación, estos grupos son:

Paramagnéticos: Son materiales que experimentan magnetización ante la aplicación de un campo magnético, algunos de ellos son: iImenita (FeTiO3), Hematita (Fe2O3), Pirrotita (Fe11S12).

Ferromagnéticos: Son materiales que experimentan alto paramagnetismo ante la aplicación de un campo magnético, algunos de ellos son el Fe y la magnetita (Fe3O4).

Diamagnéticos: son materiales que repelen el campo magnético, algunos de ellos son el cuarzo (SiO2), Feldespatos (K2O.Al2O3.6SiO2) y dolomitas (Mg,Ca(CO3)). 12/05/2012

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Ferromagnéticos; Hierro, magnetita y Franklinita.

Moderadamente magnéticos; Ilmenita, rubí, pirrotita, etc.

Débilmente magnéticos; Hematita, Siderita, Rodonita, Limonita, Pirolusita, Corindón, Pirita, Manganita, Calamina, Esfalerita, Dolomita, Cuarzo, Rutilo, Granate, Serpentina, etc.

Muy débilmente magnéticos; Estibnita, galena, criolita, Enargita, magnesita, yeso, etc.. No magnéticos y diamagnéticos; Barita, calcita, halita, topacio, bismuto, apatita, grafito, etc.. 8

TIPOS DE CONCENTRADORES MAGNETICOS Por la intensidad del campo magnético, los concentradores magnéticos se pueden clasificar en:

Ambas operaciones de concentración magnética, pueden llevarse a cabo en seco y en húmedo. Según sus funciones los concentradores magnéticos se clasifican en:

Concentradores, que separan los minerales magnéticos de una corriente de mineral que pasa

Concentradores magnéticos de baja intensidad.

Purificadores, que sirven para retirar pequeñas cantidades de materiales magnéticos nocivos en un producto, por ejemplo, de sílice o de arcilla.

Concentradores magnéticos de media y alta intensidad.

Recuperadores, que sirven para devolver material magnético al circuito, por ejemplo, en la separación por medios densos.

Concentradores magnéticos de alto gradiente. 12/05/2012

Protectores, sirven para proteger máquinas o procesos retirando hierros o detectando objetos magnéticos perjudiciales MSc. Ing. Nataniel Linares G

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Concentración Magnética: Por vía húmeda de baja intensidad

Por vía húmeda de alta intensidad

Por vía seca de baja intensidad

Por vía seca de alta Intensidad.

SEPARADOR MAGNÉTICO TAMBOR EN FAJA TRANSP.

Con imanes permanentes a base de tierras raras 12/05/2012

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•

La unidad más comúnmente usada es el Gauss (G).

INTENSIDAD MAGNÉTICA REQUERIDA EN LA SEPARACIÓN MAGNÉTICA DE DIFERENTES MINERALES

Intensidad magnética requerida para la separación (Gauss) 500 –5.000

Fuertemente magnéticos Magnetita, franklinita, leucita, sílice, pirrotita

5.000 –10.000

Moderadamente magnéticos Ilmenita, biotita, granate, wolframita

10.000 –18.000

Débilmente magnéticos Hematita, columbita, limonita, pirolusita, rodocrosita, siderita, manganita

18.000 – 23.000

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Mineral

Pobremente magnéticos Rutilo, rodonita, dolomita, tantalita, cerusita, epídota, monacita, fergusonita, zircón, ceragirita, argentita, pirita, esfalerita, molibdenita, bornita, wilimita, tetraedrita, scheelita MSc. Ing. Nataniel Linares G

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EQUIPOS Y APLICACIONES •

El equipo de separación magnética se divide en dos categorías: 1. Separadores magnéticos de baja intensidad usados para minerales ferromagnéticos y paramagnéticos de alta susceptibilidad magnética 2. Alta intensidad magnética usados para minerales paramagnéticos de más baja susceptibilidad magnética. • Ambas separaciones se pueden llevar a cabo en seco o en húmedo. • El campo de separación magnética se divide también en sectores, de acuerdo a la capacidad de generar flujos magnéticos en rangos determinados en función de las diferentes susceptibilidades magnéticas de los minerales.

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Los separadores magnéticos se pueden clasificar en tres grupos: Separación Magnética de Baja Intensidad .Campo magnético generado en el rango de 0 – 2,500 Gauss

Proceso Seco: •Imanes Suspendidos •Poleas magnéticas •Tambores magnéticos

Separación Magnética de Media y Alta Intensidad. Campo magnético generado en el mango: 2,500 – 17,500 Gauss

Separación Magnética de Alto Gradiente . Campo magnético generado en el rango de 17,500 – 21,000 Gauss.

Proceso Seco: •Separadores de rodillos inducidos. •Separadores de fajas cruzadas

Proceso Húmedo:

Proceso Húmedo

•Separadores de alta intensidad de carrusel.

•Tambores magnéticos en diversos tanques.

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CONCENTRADORES MAGNÉTICOS DE BAJA INTENSIDAD EN SECO •

Se denomina así a los procesos que utilizan equipos constituidos por imanes permanentes (ferrita) o electromagnéticos (embobinados) que en operación son capaces de generar campos de 0 a 2500 Gauss. Por razones de construcción y restricciones de fabricación, se usa equipos de imanes permanentes, tales como imanes suspendidos, fajas y tambores, que generan campos hasta de 1500 Gauss a 50 mm de la superficie magnética.

•

Para obtener mayores valores significativos de campo magnético, son recomendables imanes suspendidos y tambores electromagnéticos que producen campos electromagnéticos de 1500 a 2500 Gauss.

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IMANES SUSPENDIDOS • Son equipos de protección, ideales para separar trozos de hierro que viene con el mineral, tales como punta de pala, barras, pernos, etc., en una faja transportadora que alimenta a una chancadora. Estos imanes pueden ser permanentes o electroimanes dependiendo en gran parte a la altura de cama de mineral sobre la faja transportadora

Manuales

Automáticos 12/05/2012

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P0LEA MAGNÉTICA • Que también son equipos de protección, pero que se usan como poleas de cabeza en las fajas transportadoras, eliminando partículas ferrosas mayores a 1 mm, contenido en un material que tenga una altura de cama no mayor a 200 mm. Las poleas magnéticas se construyen de forma cilíndrica agregando en su interior módulos magnetizados de ferrita, montados sobre bloques rectangulares y posteriormente magnetizados alcanzando un gradiente de flujo entre 500 a 600 Gauss, suficientes para separar materiales secos desde 30 g y eliminando partículas ferrosas hasta -m8 de tamaño 12/05/2012

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TAMBOR MAGNETICO •

Este concentrador consiste de un tambor giratorio de material no magnético (acero inoxidable) en cuyo interior se encuentran de 3 a 6 imanes o magnetos en posición fija y de polaridad alternada desarrollando intensidades de campo de 1500 a 2500 Gauss en la superficie de los polos.

•

Para una sustancia de susceptibilidad K los principales factores de separación en un concentrador de tambor son: – – –

La intensidad de la fuerza magnética. La velocidad periférica del tambor. La granulometría a tratarse debe estar en un rango estrecho, puesto que la relación de dos minerales a separar está dada por:

K1/K2 = e- c (d1 - d2)

•

–

Donde: • e = Base del logaritmo natural. • c = Factor de no uniformidad de campo.

–

La posición del dispositivo de corte en dos partes o productos

La separación entre el ancho del polo y la separación entre polos es muy importante y es función de la granulometría del mineral del mineral a tratar. La relación ancho de polo y la separación a separación entre polos parece ser del orden de 1,2.

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CARACTERÍSTICAS GENERALES • • •

Dimensionamento: 16 a 130 t/h (metro de tambor) Velocidad del tambor: 91 a 460 m/min. Granulometría aceptable para una buena separación: 25 mm a m100.

•

Todos los separadores requieren alimentación con características más o menos comunes. La fracción magnética a ser separada debe ser ferromagnética y seca. La selectividad aumenta cuando los productos a ser separados se encuentran dentro de la malla 4 Tyler.

• •

•

La capacidad, ley y recuperación están directamente relacionados a las velocidades esféricas del tambor. Para una recuperación alta de magnéticos o eliminación de los no magnéticos más gruesos que 3 mm, se utilizan modelos especiales con baja velocidad. Cuando se desea un producto más refinado con alta ley de mineral magnético se recomienda modelos con tambores de alta velocidad. Algunas operaciones requieren del uso de múltiples etapas de tratamiento.

•

La capacidad de estos equipos se determinar mediante la siguiente fórmula:

•

Q = 0,0036 V d 

•

– – – – –

•

Donde: Q = Capacidad en t/h/m de ancho de tambor. d = Diámetro promedio de partícula en micrones. V = Velocidad periférica del tambor en m/s.  = Densidad aparente del mineral molido.

Estos equipos se utilizan generalmente para minerales de hierro en sus etapas primarias de procesamiento y para la purificación de minerales de titanio.

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CONCENTRADORES MAGNÉTICOS DE BAJA INTENSIDAD EN HÚMEDO • Este tipo de concentración magnética es considerada como una de las técnicas más importantes en el procesamiento moderno de concentración de la magnetita, asimismo como concentrar fosfato y ferro-niobio y recuperar la magnetita en el lavado de carbón a través del proceso de medio denso. Este sistema se caracteriza por el bajo costo operacional e inversión moderada. • El equipo más usado es el TAMBOR MAGNÉTICO cuyo circuito magnético puede ser permanente, electromagnético o una combinación de los dos. • Los circuitos magnéticos permanentes se construyen con ferrita de bario o estroncio y son comúnmente denominados imanes cerámicos, que son más eficientes por producir un campo magnético deseado con menor peso y tamaño del imán, económicos y estables debido a sus propiedades intrínsecas. • En algunas aplicaciones es posible usar una combinación del electroimán y el imán permanente, donde el electroimán es utilizado como el mecanismo de captura o separación mientras que el imán permanente actúa como un mecanismo de transferencia.

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SEPARADOR DE TAMBOR EN HÚMEDO 12/05/2012

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DISEÑO DEL TAMBOR MAGNÉTICO

Para el diseño del tambor magnético se debe tener en cuenta en general, lo siguiente:

• • • • •

La aplicación real del concentrador magnético de tambor, radica en que debe capturar, transferir y descargar el material magnético. De acuerdo a su diseño encontramos tambores magnéticos con:

• Circuito de alto gradiente, el cual produce una alta fuerza magnética y buena agitación del material durante la transferencia. • Circuito interpolo, que produce menor fuerza magnética que el anterior, con un campo magnético ligeramente más profundo y menor agitación del magnético durante la transferencia. • Circuito Electro-permanente, el cual combina la característica de una fuerte captura de un electroimán con una buena agitación y fuerza magnética de un imán permanente de alto gradiente.

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Arco. Zona de trabajo. Eficiencia requerida. Número de polos, y Ubicación de los polos.

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TIPOS DE CONCENTRADORES MAGNÉTICOS DE TAMBOR EN HÚMEDO Se conocen tres tipos concentradores magnéticos los cuales trabajan en húmedo:

En el concentrador de tambor tipo concurrente, el concentrado se lleva hacia adelante por el tambor y pasa a través de una abertura donde se comprime y desagua antes de dejar el equipo. Este diseño es más efectivo para producir un concentrado magnético limpio a partir de materiales relativamente gruesos arriba de 6 mm y un contenido de 35 a 45 % de sólidos por peso. Se usa ampliamente en los sistemas de recuperación en medio pesado.

En el concentrador de tambor tipo contra rotación, la alimentación fluye en dirección opuesta a la rotación. Se usa en operaciones primarias, donde ocasionalmente se deben manejar variaciones en la alimentación, mínima pérdida de material magnético, no se necesita un concentrado muy limpio y cuando se presenten altas cargas de sólidos, alcanzando un buen rendimiento con un 30 a 40 % de sólidos por peso. La granulometría en el alimento a este equipo debe ser de 3 a 4 mm, pero preferiblemente -m40 (-0,5 mm). Se usa generalmente como desbaste (Rougher).

En el concentrador de tambor tipo contra corriente, las colas son forzadas a viajar en dirección opuesta a la rotación del tambor y se descargan en el canal de relaves. Está diseñado para operaciones terminales sobre material relativamente fino, de un tamaño de partícula menor de 250 m. Está limitado al tratamiento de minerales de molido fino, -m200. 12/05/2012

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CONCENTRADORES DE MEDIA Y ALTA INTENSIDAD • El factor limitante en la selección del proceso en húmedo o seco en la utilización de concentradores magnéticos de alta intensidad es la granulometría en que se encuentra el mineral a ser procesado. • Concentradores en seco, conocidos como de rodillo inducido o de fajas cruzadas, concentran, separan o benefician minerales en el rango de -m8 a +m150 con campos magnéticos variables entre 2 000 a 17 500 Gauss. • Concentradores en húmedo, de alta intensidad, conocidos como tipo carrusel para separar, concentrar o beneficiar minerales con granulometría fina -m200.

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CONCENTRADORES MAGNETICOS EN SECO DE ALTA INTENSIDAD •

EL CONCENTRADOR DINGS DE RODILLOS INDUCIDOS.

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Se utilizan para la recuperación de óxidos moderadamente magnéticos o la concentración de minerales o materiales secos como arena de sílice, dolomita, casiterita, tantalita, cromita, rutilo, manganeso, titanio, volframita y muchos otros minerales pesados. En este equipo los rodillos son lisos y no llevan magnetos, sino más bien ocupan los entre hierros de un electroimán bastante grande con 2 o más pares de polos. Los rodillos son atravesados por el flujo magnético del electroimán, convirtiéndose sede del magnetismo inducido.

•

Las características principales de estos equipos son: – – – – – – – – –

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Material a ser tratado: Seco y liberado. Granulometría: -8 a +150 mallas. Campo magnético: Variable de 20 a 17 500 Gauss. Velocidad de rotación de los rodillos: 0 a 100 RPM. Consumo de energía: 400 a 4000 watts Capacidad de alimentación: 10 a 4 500 Kg/h. Dimensionamiento: 75Kg/h/plg. De rodillo. Máquinas disponibles: 5 a 60 pulgadas. Peso máximo: 8 200 Kg.

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SEPARADOR MAGNÉTICO DE FAJAS CRUZADAS.(HCB)

•

Se usan en la recuperación selectiva de productos o ganga magnética de materiales como abrasivos, cerámica, productos químicos, arcilla, plásticos, etc. o en la concentración de minerales débilmente magnéticos tales como tungsteno (volframita), cromita, manganeso, tantalita, titanio, etc.. Está formado por una faja transportadora cuya parte superior pasa por los entrehierros de un electroimán duplo. Las fajas transversales están sobre la faja y en los entrehierros. Las partículas magnéticas son atraídas hacia arriba y son extraídos del campo magnético y de la faja principal, mientras siguen sobre ésta los minerales no magnéticos. Presenta gradientes crecientes de campo que permiten recuperar productos con susceptibilidades magnéticas decrecientes.

•

Aplicaciones típicas.

Recuperación magnética de cromita. Separación y concentración magnética de casiterita y tantalita. Recuperación magnética de la arena de sílice en la fabricación de vidrio. Refinación magnética del concentrado de volframita.

Las características principales de este separador magnético son: – – – – – – – – – – –

Material a ser tratado: Seco y liberado. Granulometría: - ½” a +m100. Campo magnético: Variable de 20 a 16 000 Gauss. Velocidad de la faja principal: Variable de 12 a 36 m/min. Velocidad de las fajas secundarias: 92 m/min. Número de polos disponibles: 1 permanente como escalper más 1 a 8 electromagnéticos. Consumo energético: 750 16 000 watts. Capacidad de alimentación: 900 Kg a 1 t/h. Dimensionamiento estimado: 35,5 a 40 Kg/h/plg. Ancho de fajas disponibles: 6, 12, 18 y 24 pulgadas. Peso máximo: 25 000 Kg.

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CONCENTRADORES MAGNETICOS EN HÚMEDO DE ALTA INTENSIDAD • Los separadores magnéticos de alta intensidad para proceso en húmedo, denominados WHIMS (Wet High Intensity Magnetic Separators), actualmente se construyen hasta capacidades de 120 ton/h, por lo que han ganado ya su aceptación para concentrar minerales de hierro (Hematita y goetita), eliminación de óxidos de hierro y ferrosilicatos y arcillas en la fabricación del vidrio, cerámica y esmaltes, separación de ilmenita, volframita columbita, eliminación de óxidos de hierro, ferrosilicatos y ferrotitanios de los concentrados de casiterita, circonio y rutilo, etc

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WHIMS INDUSTRIALES •

Un WHIMS consiste básicamente de un aro giratorio en el cual hay una serie de celdas individuales, en donde se colocan una serie de matrices de acero inoxidable magnético. El aro rota entre los polos de campo electromagnético. Al entrar a este campo magnético se le induce magnetismo a las matrices, las cuales multiplican la intensidad del campo magnético hasta 17 500 Gauss.

•

En el momento que cada celda pasa por el campo magnético, se le inyecta a la celda, la pulpa de mineral, de modo que las partículas susceptibles al magnetismo se quedan adheridas a las matrices y los no magnéticos pasan por entre las aberturas de las matrices. Al salir las matrices del campo magnético se adiciona agua a presión con el fin de retirar el material magnético y lavar las matrices, la cual queda lista para la próxima pasada por el campo electromagnético.

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VARIABLES QUE AFECTAN LA OPERACIÓN DE LOS WHIMS Debido a que cada mineral se comporta en diferente manera respecto al magnetismo, es necesario ajustar una serie de variables tanto de operación como de diseño del equipo. Estas se mencionan a continuación: • •

Intensidad del campo magnético. Matrices – – – –

• • • • •

Metal expandido Placas ranuradas Bolas o billas Esponja de acero inoxidable.

Densidad de la pulpa (20 a 40 % de sólidos) Velocidad del arco Presión de enjuague. pH del agua. Altura sobre el nivel del mar.

Estos equipos tienen la siguiente aplicación: • • • • •

•

Procesamiento de mineral de hierro. Recuperación de uranio y oro. Concentración de minerales de tungsteno. Concentración de ilmenita Purificación de minerales no metálicos (arena de sílice, caolín, etc.). Purificación de concentrados de Mo, Cu, etc.. 12/05/2012

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CONCENTRADOR MAGNÉTICO DE ALTO GRADIENTE •

Los separadores magnéticos de Alto Gradiente HGMS (High Gradient Magnetic Separators) son equipos de alta intensidad electromagnética, diseñados para concentrar o separar partículas débilmente magnéticas en un rango de tamaño de un micrón a un máximo de m28. Este equipo es básicamente un número y tamaño de placas de acero calculadas con precisión, unidas entre sí, encerrando completamente una bobina refrigerada por agua. La bobina a su vez encierra una canasta o cámara de acero inoxidable conteniendo una matriz a través del cual se hace pasar la pulpa.

•

La matriz comúnmente usada para las partículas de tamaño micrónico es una malla de lana de acero inoxidable magnético. Cuando es magnetizado por el campo magnético de alta intensidad, los millares de filamentos delgados crean campos intensos de alto gradiente, a través del cual cada partícula debe pasar. Debido a la alta superficie específica respecto al volumen de la matriz inducida, se logra obtener una alta eficiencia de separación. La intensidad de campo magnético es infinitamente variable hasta 20 000 Gauss en el área abierta de la cámara de separación y esto se debe al tipo de matriz utilizada.

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FACTORES Y VARIABLES A CONSIDERAR EN LA APLICACIÓN DE LOS SEPARADORES DE ALTO GRADIENTE •

Se deben considera las siguientes:

•

Ley y recuperación por campo aplicado y presión de la alimentación. Campo magnético. Tiempo de retención. Selección de matrices. Susceptibilidad del mineral alimentado. Carga magnética, ley y recuperación. Densidad de pulpa.

• • • • • • •

Este tipo de equipos tienen la siguiente aplicación:

• • •

En la purificación del caolín. Concentración de volframita. Eliminación de chalcopirita de concentrados de molibdeno. Eliminación de Fe2O3 fino de las arenas de sílice. Eliminación de piritas de los carbones comerciales.

• •

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MUCHAS GRACIAS Si estudio lograré mi meta

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