Conminución Sme

CONMINUCIÓN

1. INTRODUCCIÓN 1.1. ¿Qué es la conminución y por qué es tan importante? La conminución es un proceso en el cual las partículas de un determinado material se reducen mediante voladura, trituración, y molienda hasta el tamaño de producto que se desea para un procesamiento posterior o un uso final. En el procesamiento de minerales, las operaciones de conminución se utilizan para asegurarse que los componentes valiosos se liberen físicamente de los componentes estériles antes de una separación física o química. Uno de los más grandes desafíos que enfrentan los profesionales encargados del procesamiento de los minerales en la actualidad es el diseño y la operación eficiente de los circuitos industriales de conminución. Esto se debe a que las operaciones de conminución intensivas en energía utilizan el 50% de los costos operativos de una planta de procesamiento de minerales y a menudo conllevan un porcentaje aún mayor de los costos capitales de la planta. Estos gastos, combinados con el hecho de que la eficiencia promedio de la energía de las máquinas actuales de conminución es algo menos del 5%, claramente apuntan al deseo de utilizar estas máquinas tanto sabia como creativamente para incrementar el beneficio de las operaciones minerales. En este capítulo, la tecnología de la conminución se describe con respecto a la teoría y la práctica. Los principios básicos para los procesos de reducción de tamaños comienzan con los fundamentos de la fragmentación. Una consideración detallada del fenómeno involucrado en la fractura de las partículas individuales forma una base para la evaluación del consumo de energía en la reducción de tamaños.

2. FUNDAMENTOS DE LA FRAGMENTACIÓN DE LAS PARTÍCULAS 2.1. ¿Cómo se fragmentan las partículas y cómo se ve el resultado? Las máquinas para la reducción de tamaños que se emplean hoy en día fragmentan a las partículas mediante la aplicación de varios tipos de fuerzas. Los resultados de cada evento de fragmentación no puede predecirse como, por ejemplo, una reacción química en la cual los reactantes se convierten en productos en cantidades estequiométricas exactas. Debido a que ocurren muchos eventos, no resulta sorprendente que sea dificultoso pronosticar el comportamiento de las máquinas comerciales. En la actualidad, para efectuar tales predicciones debemos emplear relaciones estrictamente empíricas, tales como la ecuación de Bond (Bond, 1952), o fenomenológicas, como los modelos multifísico o de balance poblacional (Herbst, 2000).

2.2. Fragmentación simple de una partícula Inclusive los resultados de un evento de fragmentación simple de una partícula no son totalmente predecibles debido al extremadamente gran número de variables que afectan al resultado. Por lo tanto,

aquellos que intentan entender este proceso han direccionado su resultado hacia la fragmentación de partículas simples bajo conjuntos específicos de condiciones. Estos estudios han hecho foco sobre la resistencia de la partícula, la energía consumida en un evento de fragmentación, y la distribución granulométrica de las partículas producidas en tal evento. El comportamiento observado en el laboratorio a menudo aporta ideas importantes para comprender el comportamiento complejo de las máquinas comerciales para la reducción de tamaños.

2.2.1. Resistencia de la partícula y requerimiento de energía para la fragmentación La resistencia de una partícula consiste en la tensión aplicada en el primer punto de fragmentación. En este caso la resistencia a la fractura es la fuerza por unidad de área de una sección transversal de la partícula en el punto donde se produce la primera fractura, mientras que la energía de fragmentación es el trabajo que debe efectuarse sobre la partícula para que se fracture. Es importante resaltar que las resistencias de los materiales en la práctica son mucho menores que sus resistencias teóricas, las cuales pueden estimarse a partir de su módulo de elasticidad (Y) mediante la siguiente ecuación: 1

1

20

10

𝜎 = ( )Y a ( )Y En la resistencia teórica se asume que el material es homogéneo. Sin embargo, siempre hay imperfecciones presentes en los materiales normales tales como fallas, enlaces entre los granos, y microfracturas. Estas últimas son particularmente importantes en el material fragmentado mediante voladura previo a su llegada a una operación de procesamiento de minerales. La concentración de las tensiones en estas imperfecciones es mucho más grande que en otras partes del cuerpo. Dependiendo de los elevados niveles de tensión, la fractura puede iniciarse en estos puntos. Por lo tanto, la resistencia real es menor debido a la presencia de estas imperfecciones. La fractura de los materiales ocurre con el inicio y la propagación de las resquebrajaduras. La energía consumida en la fractura o fragmentación de los materiales se dirige a la extensión de estas resquebrajaduras. Un poco de la energía consumida por estas grietas es causada por la creación de una superficie nueva (𝛾), y por la deformación plástica del material cerca de la grieta misma. Estos dos términos contribuyen con la energía específica de la grieta de la superficie (𝛽), la cual es la energía requerida por unidad de superficie creada en la grieta. Típicamente 𝛽 es más de 1000 veces el valor de 𝛾. Esto resulta de la gran cantidad de energía que se dirige a la deformación plástica del material en el extremo de la grieta a medida que ésta se propaga a través del sólido. Una vez que se formó la resquebrajadura, un balance de energía requiere que la propagación de la energía se encuentre disponible desde el campo de tensión que rodea a la grieta.

El inicio del movimiento de las grietas es el proceso más importante en la física de la fractura; proceso que fue analizado por Griffith (1920). Rumpf (1961) proporcionó un balance más completo de energía para una grieta. Las fuentes de energía son: 1. Fuerzas externas 2. El campo de tensión causadas por las fuerzas externas 3. Tensiones internas residuales causadas por imperfecciones estructurales, tratamiento térmico, etc. 4. Energía térmica de los componentes 5. Reacciones químicas y adsorción en el extremo de la grieta o en las superficies de la fractura El consumo de energía es causado por: 1. 2. 3. 4. 5.

La creación de una nueva superficie La deformación plástica alrededor de la grieta La alteración de la estructura del material en la vecindad de la grieta El fenómeno eléctrico resultante por la separación de la carga Las reacciones químicas endotérmicas o la adsorción en el extremo de la grieta o en las superficies de la fractura 6. La energía cinética o las ondas elásticas Por todas estas razones, la energía total a menudo es 100 veces mayor que la energía requerida para producir una superficie nueva bajo condiciones ideales. Estas consideraciones promocionan la fragmentación de todo material bajo cualquier condición de carga. Algunas de las variables de los eventos de carga que tienen los efectos más grandes son (1) la forma en que se produce la carga, (2) el tamaño de la partícula, (3) la composición de la partícula, y (4) el medio ambiente. Aunque la carga puede aplicarse de varias maneras, las más básicas son la carga sobre dos superficies y sobre una sola.

La resistencia a la fragmentación de una partícula es menor cuando ésta se encuentra sometida a dos o más fuerzas. En general, la probabilidad de fractura se incrementa a medida que aumenta el número de fuerzas de contacto, tal como lo demostró Schönert (1980).

El término “carga por compresión” generalmente se usa para la carga sobre dos superficies de las partículas. En ésta, las tensiones próximas al área de contacto son las más importantes a la hora de producir grietas. Este tipo de diseño de fractura ocurre cuando el tiempo de contacto de la fuerza es mayor que el tiempo de tránsito de una onda elástica a través de la partícula. Para la mayoría de las máquinas comerciales de conminución, el tiempo de contacto es mucho mayor que el tiempo de tránsito, y esta situación se denomina “carga lenta de compresión”. El término “carga por impacto” se utiliza cuando las partículas son impactadas contra una superficie. Cuando la velocidad de impacto es muy elevada, el efecto dinámico se vuelve importante, así como el tiempo de impacto resulta ser menor que el tiempo de tránsito de las ondas elásticas que atraviesan a

la partícula. Estas altas velocidades rara vez se encuentran en las máquinas de conminución, de modo que las tensiones cercanas a las superficies de contacto resultan ser las más importantes, y, por eso, las cargas por impacto corresponden a las “cargas rápidas de compresión” sobre una sola superficie. La 𝑚

velocidad de impacto en las trituradoras de impacto es de 20 a 200 𝑠𝑒𝑔, y en los molinos rotatorios es de 𝑚

𝑚

hasta 20 𝑠𝑒𝑔. Con una velocidad de impacto de 200 𝑠𝑒𝑔, el tiempo de impacto es 10 veces el tiempo de tránsito. La probabilidad de fractura cuando una partícula es cargada en una forma particular es muy sensible a las dimensiones de la partícula. El rango de resistencia a la fractura de las partículas con el mismo tamaño inicial se incrementa a medida que se reduce el tamaño inicial de las mismas.

Esto se debe a la disminución de las imperfecciones con una reducción del tamaño de la partícula. Cuando los tamaños son grandes, las partículas al menos tendrán una, y tal vez muchas, imperfecciones importantes de la misma magnitud, de modo que la resistencia a la fractura de casi todas las partículas sea la misma. Sin embargo, en las más pequeñas las imperfecciones de gran importancia no se encontrarán bien distribuidas, de modo que la propagación de los niveles de tensión necesarios para causar las grietas es mucho mayor, lo cual resulta en una amplia distribución de la resistencia. Para las partículas con forma irregular, otros dos modos de fragmentación, tales como el cincelado y la abrasión, pueden tener un rol importante en la determinación de su comportamiento de conminución. En un evento de cincelado, se fracturan puntas y cuñas dejando el resto de la partícula intacta. Por otro lado, la abrasión resulta a partir de la aplicación simultánea de fuerzas normales y de cizalla para producir detritos muy finos.

2.2.2. Distribución granulométrica de los fragmentos Cuando se fragmenta una partícula, se crean algunos fragmentos de gran tamaño junto con un cúmulo de fragmentos finos que son mucho más pequeños que los más importantes. La distribución granulométrica de las partículas producidas a partir de otras con el mismo tamaño y composición exhiben una fuerte dependencia en la manera en que se efectúa la carga y su intensidad. Esto se puede visualizar en la siguiente figura, en donde se puede observar que aunque la energía aplicada sea constante, los cambios en la forma de la carga (velocidad y geometría) tienen un efecto importante sobre la eficiencia en el uso de la energía para la fragmentación.

Una compresión lenta flat/flat (entre placas) resulta ser más eficiente, mientras que los casos en donde se produce la caída de un peso son menos eficientes debido a una tasa elevada de carga: 

Flat/flat (entre placas), la cual confina el movimiento de las partículas más eficientemente.



Ball/ball (entre bolas), la cual permite movimientos importantes de las partículas.

2.3. Fragmentación de múltiples partículas Las máquinas comerciales de conminución obviamente no fracturan a las partículas una a la vez. Para procesar a las menas a una razón de cientos o miles tph, estas máquinas deben operar sobre grandes montones de partículas. Desafortunadamente, los eventos de fractura de múltiples partículas que ocurren en estos casos no solo son más complejos sino también más eficientes que en los eventos con una sola partícula.

2.3.1. Tipo de interacción entre las partículas La complejidad y la ineficiencia de los eventos con múltiples partículas surgen del hecho de que las mismas partículas interactúan durante la fragmentación. Por lo general, se cree que la cantidad de fracturas en un cúmulo de partículas depende de cómo se disipa la energía (útil y desperdiciada) dentro de dicho cúmulo y en su distribución sobre los varios tipos de partículas. La siguiente figura muestra que la eficiencia de la fragmentación se ve reducida a medida que se incrementa el número de capas de partículas de igual tamaño en un lecho que se encuentra bajo el efecto de compresión.

Se debe notar que la caída de la eficiencia cae de un 100% a un 50% o menos a medida que se incrementa el número de partículas en el evento. También se debe notar que diferentes geometrías de la carga producen diferentes curvas. La razón principal para la pérdida en la eficiencia en todos los casos es la fricción que sucede entre las partículas. Otras formas importantes de interacción son: 1. Partículas pequeñas con partículas grandes 2. Partículas duras con partículas débiles Cuando las partículas duras rodean a una más débil, los puntos de contacto de las primeras incrementan la probabilidad de fragmentación de las más débiles. Por otro lado, la efectividad de la fragmentación de las partículas más duras se ve reducida porque hay pocas partículas “vecinas” cercanas con la suficiente resistencia para fracturarlas. Desde un punto de vista, la aplicación de las fuerzas de fractura a una mezcla de partículas débiles y produce una fragmentación mayor que la que podría ocurrir si estas partículas tuvieran la misma energía por masa aplicada a éstas sin la presencia de partículas duras. Cuando los fragmentos más pequeños rodean a los más grandes, el número de puntos de contacto para la carga inicial se incrementa y ese aumento reduce la resistencia a la fragmentación de las partículas más grandes. Sin embargo, cuando los fragmentos pequeños son extremadamente finos, se producen pérdidas por fricción entre las partículas, lo cual entorpece a la fragmentación.

2.3.2. Descripción de la fractura de múltiples partículas Debido a que la aparición de energía es la fuerza que promueve todos los eventos de fractura, es natural que los mineralurgistas intentaran escribir relaciones entre el tamaño del producto y la energía requerida. Previo a 1960, se utilizaban relaciones relativamente simples para relacionar un cambio en un punto de una distribución granulométrica (por ejemplo, el tamaño del 80% pasante) con un aumento en el ingreso de energía sobre una masa de partículas (𝑗𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠⁄𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜 o 𝐾𝑊ℎ⁄𝑡). La relación desarrollada en aquel tiempo generalmente tenía la siguiente forma: 𝑑𝐸 𝑑(𝑑 ∗ )

= -C(𝑑 ∗ )−𝛼

Las más ampliamente utilizadas de todas estas son la de Rittinger (𝛼=2), Kick (𝛼=1), Bond (𝛼=1,5), y Charles (𝛼>=1). Des todas éstas, la relación de Bond es la que tiene una forma integrada:

E=

𝑘 0,5

x(

1 √𝑑𝑓

-

1 √𝑑𝑝

)

o equivalentemente, en la forma original presentada por Bond (1952):

W = 10 x Wi x (

1 √𝐹80

-

1 √𝑃80

)

Donde 𝐹80 y 𝑃80 son el tamaño de malla por donde pasa el 80% de la alimentación y del producto respectivamente, y Wi es el Índice de Trabajo de Bond (BWi). La primera de todas las ecuaciones recién presentadas ha sido utilizada ampliamente para el diseño de los equipos. A continuación se presenta en una tabla los valores del BWi para varias menas y minerales.

3. EQUIPOS DE CONMINUCIÓN 3.1. ¿Qué máquinas se emplean para qué tareas? En la práctica, la reducción de tamaños de las partículas minerales se lleva a cabo en etapas en máquinas comerciales. Las características complejas en la fragmentación de grandes volúmenes de partículas son los diferentes tamaños y resistencias, y en algunas ocasiones el modo aleatorio en el que se aplica la tensión en las diversas etapas. En las operaciones de explotación, la presión a alta velocidad por parte de los gases creados mediante la voladura de grandes bloques de roca, se encarga de proveer una fragmentación inicial. El siguiente paso en las operaciones de procesamiento de minerales comúnmente es la trituración, la cual se ejecuta mediante una compresión lenta de las grandes partículas (mayores a 1 cm) contra superficies rígidas. El mecanismo de fractura en la etapa de trituración contrasta con la subsecuente reducción de tamaños, la cual se lleva a cabo mediante molinos rotatorios o de agitación, en los cuales se produce la fragmentación de las partículas más pequeñas (menores a 1 cm) mediante la combinación de eventos de impacto, cincelado, y abrasión causados por la energía transferida desde los cuerpos moledores, tales como bolas, barras, o partículas

grandes. Las características del producto requerido en una aplicación determinan que equipo o serie de equipos se necesita. La trituración se efectúa en una o más etapas con pequeñas razones de reducción (3 a 6 por etapa). Prácticamente, la razón de reducción representa la relación entre el tamaño de la abertura para la alimentación (gape) y el tamaño de la abertura para la descarga (set). La primera etapa, la trituración primaria, usualmente produce un producto que contiene partículas menores a 10 cm con un consumo de energía menor a 0,5 𝐾𝑊ℎ⁄𝑡. La eficiencia de la energía se encuentra en el orden del 80%. La trituración secundaria generalmente puede obtener una reducción de tamaño menor a 1 cm con un consumo de energía de menos de 1 𝐾𝑊ℎ⁄𝑡. En este caso la eficiencia es cercana al 50%. La siguiente etapa en la reducción de tamaños para la mayoría de las operaciones de procesamiento de minerales se desarrolla mediante una molienda en húmedo en recipientes cilíndricos rodantes denominados “molinos rotatorios” (tumbling mills). En estos equipos, la fragmentación de la partícula ocurre por la compresión, el cincelado y la abrasión causados por la acción rodante de los cuerpos moledores. Se puede realizar una molienda preliminar con un molino de barras, en cuyo caso los medios de molienda consisten en barras; un molino de bolas que utiliza bolas; un molino autógeno que no emplea medios de molienda; o un molino semiautógeno que usa una pequeña carga de bolas. El producto de una molienda primaria puede ser tan fina como de hasta 300 𝜇m. La energía requerida puede ser entre 5 y 25 𝐾𝑊ℎ⁄𝑡 dependiendo de la mena y del tamaño del producto. La eficiencia de la energía de estas máquinas varía de 15% a 3%. En algunas ocasiones se utiliza en esta etapa una trituradora especial denominada rolos de molienda a alta presión (HPGR), la cual posee una eficiencia de hasta un 30%. Las etapas finales de molienda normalmente se efectúan en molinos de bolas o en molinos de agitación. Aquí es posible obtener un producto con un tamaño de solo unos pocos micrones pero con costos de hasta 50 𝐾𝑊ℎ⁄𝑡. En este caso, la eficiencia de la energía puede caer hasta un 1% cuando se basa en la energía para carga de compresión de una partícula sola. Durante los últimos 25 años, las dimensiones de un equipo de conminución y las transmisiones asociadas requeridas para tareas de conminución a escala comercial han sido seleccionadas sobre la base de la energía específica (energía por unidad de masa del producto) necesaria para reducir al material de la alimentación hasta un tamaño de producto deseado. La selección de la energía específica como un criterio ara el dimensionamiento se basa en dos premisas importantes: 1. Los equipos con diferentes tamaños que entregan la misma energía específica obtendrán productos idénticos cuando se alimentan con el mismo material. 2. Las relaciones existentes de tamaño/potencia del equipo son lo suficientemente precisas como para permitir un tamaño de equipo que entregará la energía suficiente a la producción seleccionada.

Siempre que sea posible, el requerimiento de energía específica para una transformación dada de alimentación a producto se determina de tal modo que se minimice el riesgo en el diseño. En otras palabras, el valor se determina desde una operación a escala total ya existente o desde un circuito de planta piloto que sea operada en una forma similar a la anticipada para una instalación comercial. Cuando no se encuentren disponibles los datos a escala piloto o comercial, los ingenieros de diseño a menudo utilizan la ecuación de Bond, o su equivalente, para estimar los requerimientos de energía específica. Recientemente otras técnicas que involucran parámetros de un modelo de balance poblacional han demostrado ser capaces de reducir el riesgo en el diseño.

TRITURACIÓN La trituración es la primera etapa en la operación unitaria de la conminución. Dos métodos muy diferentes de trituración son los que se utilizan dependiendo del tipo de roca a ser triturada. Como un principio básico, las rocas duras y abrasivas se trituran mediante su compresión entre superficies resistentes al desgaste, mientras que los materiales más blandos y menos abrasivos se trituran por impacto, cizalla, o también por mecanismos de compresión. El material ROM de roca dura debe ser reducido hasta el tamaño de producto deseado en etapas progresivas de trituración compresiva debido a que la razón de reducción disponible en cada etapa se encuentra limitada a alrededor de 6:1. Las trituradoras para roca dura –típicamente, trituradoras de mandíbulas, giratorias, y de cono- trituran mordiendo a la roca entre dos superficies resistentes al desgaste, una estática y la otra móvil. La razón de reducción en cada etapa se encuentra controlada por el ángulo entre las dos superficies requeridas para sujetar a la roca a medida que las superficies se mueven juntas en el movimiento de trituración. Si el ángulo es demasiado grande, la roca no será apretada, y si es demasiado pequeña, no se obtendrá la razón de reducción disponible. La roca es sometida a múltiples impactos a medida que cae por acción de la gravedad a través de la trituradora. En los procesos que subsecuentemente se efectúa la molienda de la mena hasta tamaños más finos en molinos de barras y/o molinos de bolas, el producto de la planta de trituración típicamente se encuentra en el rango de -38 mm (-1 ½ pulgadas) hasta -9,5 mm (-3/8 pulgadas). Esto normalmente se lleva a cabo en tres o cuatro etapas diseñadas como etapas de trituración, secundaria, terciaria, y cuaternaria. A continuación se presenta un ejemplo de este desempeño: ETAPA DE TRITURACIÓN Primaria

TÍPICAS TRITURADORAS De mandíbulas o giratoria

Secundaria

De cono

Terciaria

De cono

TAMAÑO DE LA ALIMENTACIÓN Hasta 1524 mm (60 pulgadas) 152 - 457 mm (6 - 18 pulgadas) 19 - 152 mm (3/4 - 6 pulgadas)

TAMAÑO DEL PRODUCTO 152 - 305 mm (6 - 12 pulgadas) 37 - 127 mm (1 1/4 - 5 pulgadas) 5 - 25 mm (3/16 - 1 pulgadas)

En los procesos donde se realizará la molienda de la mena en molinos autógenos o semiautógenos, solo se requiere una trituración primaria. Los factores principales que controlan la selección de los equipos de trituración de roca dura y el diseño de un circuito de trituración son: 1. El tonelaje 2. El tamaño máximo y la distribución granulométrica de la alimentación

3. El tamaño del producto deseado 4. El método de alimentación 5. Características de la mena: a. Índice de trabajo b. Densidad real c. Abrasividad d. Resistencia a la compresión e. Contenido de arcilla También se encuentra disponible una gran selección de métodos de trituración para las menas más débiles y menos abrasivas. Además de la descripción anterior sobre la trituración a compresión, una trituración mediante máquinas de impacto y molinos de martillo provee una razón de reducción mucho más grande debido a que esta técnica no se encuentra restringida por el ángulo de mordida. Tradicionalmente, las trituradoras de impacto han sido utilizadas sobre menas que contienen menos de un 5% de sílice. Ejemplos de esto son los fosfatos, la piedra caliza, la barita, y los carbones. Las trituradoras de impacto también han sido utilizadas sobre menas pegajosas con un alto contenido de sílice, tales como las areniscas de uranio en Wyoming con un elevado contenido de arcilla, pero el mantenimiento resultaba ser extremadamente costoso. El propósito de este segmento es el de describir la aplicación general de las técnicas de trituración.

1. DEFINICIÓN DE LOS TÉRMINOS Los siguientes son los términos comúnmente utilizados para definir algunas propiedades del material de la alimentación, las dimensiones de la trituradora, y los criterios operativos.

1.1. Características de la mena ÍNDICE DE TRABAJO DE BOND: este índice se emplea comúnmente para calcular la potencia (medida en KW o Hp) requerida para triturar una roca desde un tamaño dado en la alimentación hasta un tamaño dado en el producto. ÍNDICE DE ABRASIÓN: este índice es una medida de la abrasividad de la roca durante la trituración. Este índice (Ai) se emplea para predecir empíricamente la tasa de desgaste de los revestimientos de una trituradora.

1.2. Set de la trituradora Las trituradoras se ajustan para producir un tamaño de producto seleccionado. Existen 3 parámetros principales, los cuales se encuentran interrelacionados. SET DE LADO CERRADO: es la distancia mínima entre las superficies en la posición cerrada.

SET DE LADO ABIERTO: es la distancia máxima entre las superficies en la posición abierta. EXCENTRICIDAD: esta es la distancia en la dirección de compresión en la cual tiene movimiento la superficie móvil de desgaste entre la posición abierta y la posición cerrada.

2. TRITURADORAS PRIMARIAS Las trituradoras giratorias se utilizan como una trituradora primaria en las operaciones en open pit con un tonelaje elevado, en donde la producción se encuentra por encima de las 450 tph (500 stph), debido a que las trituradoras de mandíbula no poseen la capacidad suficiente. Por debajo de este tonelaje, por lo general, se emplean las trituradoras de mandíbulas debido a su bajo costo. A su vez, estos equipos son seleccionados para las plantas de trituración subterránea si el diámetro del pique limita el tamaño del equipo de transporte. En el caso de las instalaciones con más de 450 tph deben considerarse ambos equipos de trituración. Algunas de las diferencias entre las trituradoras de mandíbulas y giratoria son las siguientes: 1. La capacidad de la trituradora giratoria es mucho mayor que la de una trituradora de mandíbulas que trata el mismo tamaño de alimentación. 2. Las trituradoras giratorias pueden ser alimentadas directamente desde un camión, mientras que las trituradoras de mandíbulas requieren una parrilla y un alimentador. 3. Las trituradoras de mandíbulas típicamente requieren menos mantenimiento. 4. La relación entre la carga total y la energía desperdiciada es de alrededor de 2,2 para las trituradoras de mandíbulas y 3,3 para las giratorias. En términos de las toneladas reducidas, la giratoria realiza dos veces el trabajo para la misma cantidad de energía utilizada. 5. Una instalación para una trituración primaria con una giratoria normalmente cuesta más que una instalación con una trituradora de mandíbulas.

3. TRITURADORAS DE MANDÍBULAS Ha habido muchos tipos de trituradoras de mandíbulas diseñados y construidos desde la primera patente US en 1830. Éstas se dividen en 3 grupos:   

De tipo Blake (doble toggle) De tipo Dodge De simple toggle (excentricidad superior)

Las trituradoras de tipo Blake de doble toggle y la de simple toggle son las que dominan el mercado. La trituradora de doble toggle es la preferida para tareas pesadas de trituración sobre material duro. Es más pesada y más costosa que la trituradora de simple toggle para la misma tarea. Por lo tanto, a la hora de seleccionar una máquina de doble toggle, se necesita de alguna justificación para cada aplicación. Algunos de los factores en este análisis son:

1. 2. 3. 4. 5. 6.

La resistencia a la compresión por parte de la roca. El índice de trabajo. El tamaño de la alimentación y la razón de reducción. El índice de abrasión. La vida operativa de la mina. Costo capital.

El tamaño de una trituradora de mandíbulas se mide por su abertura para la alimentación (gape) y longitud. Por ejemplo, 610 x 914 mm (24 x 36 pulgadas), o 2436, indica una distancia de 610 mm (24 pulgadas) desde la mandíbula fija hasta la mandíbula móvil cuando entra la alimentación, y 914 mm (36 pulgadas) es la dimensión a través de las dos mandíbulas.

3.1. Descripción TRITURADORA DE MANDÍBULAS DE DOBLE TOGGLE: esta máquina mueve a la mandíbula móvil a través de un eje excéntrico, el cual mueve a los dos toggles (el frontal y el posterior) en cada revolución del eje, cerrando las mandíbulas en la carrera descendente y abriéndolas en la carrera ascendente. Los toggles se encuentran sostenidos por barras tensoras con resortes. Se pueden producir unos cambios menores en el set de la trituradora cambiando el calce ente la estructura principal y el bloque del toggle posterior. Los ajustes mayores se efectúan cambiando la longitud del toggle frontal.

TRITURADORA DE SIMPLE TOGGLE: este tipo de trituradora también se denomina de excentricidad superior. Este tipo de excentricidad es una parte integral de la placa móvil, que se mueve hacia arriba y hacia abajo con la rotación del excéntrico. El toggle pivotea en la base de la placa móvil y genera el movimiento de la mandíbula en forma de arco. Esto resulta en un movimiento de pellizco entre la placa móvil y la placa estática. El toggle se encuentra sostenido por un resorte de compresión. Los ajustes

menores se hacen cambiando el calce entre el bloque del toggle y la estructura principal. El toggle está diseñado para romperse en la presencia de metales extraños en la alimentación a la trituradora. Una trituradora de simple toggle tiene una construcción más ligera que la de doble toggle tipo Blake. Por ejemplo, una trituradora de simple toggle de 610 x 914 mm (24 x 36 pulgadas) pesa alrededor de 14.512 kg (32.000 Lb), mientras que una de doble toggle del mismo tamaño pesa unos 25.678 kg (65.000 Lb).

DIMENSIONAMIENTO DE LA TRITURADORA: las trituradoras de mandíbulas se dimensionan en función del tamaño máximo de la partícula a ser triturada y/o el tonelaje a ser triturado. El tamaño máximo no debe exceder al 80% del gape.

4. TRITURADORAS GIRATORIAS Una trituradora giratoria es una máquina que emplea la acción de la gravedad. Los materiales fluyen desde la parte superior hasta la parte inferior. Este equipo usualmente recibe una alimentación gruesa y voluminosa (ROM), y su producto comúnmente requiere una trituración adicional. Las trituradoras giratorias pueden utilizarse para una trituración primaria y secundaria.

4.1. Descripción A continuación se ilustra una trituradora giratoria primaria:

La acción de trituración es generada por la reducción de la cavidad entre el manto (móvil) montado sobre un eje vertical central y los revestimientos del cóncavo (fijos) montados sobre la estructura de la trituradora. La cavidad (gape) se abre y se cierra por

la acción de un excéntrico en el fondo del eje que ocasiona el giro del eje vertical central, el cual a su vez rota con libertad sobre su mismo eje. Las trituradoras giratorias han sido construidas en tres tipos diferentes: (1) con el eje suspendido, (2) con el eje soportado, y (3) con el eje fijo. Los tipos más comunes son los dos primeros. Existen dos diseños de trituradoras giratorias con el eje suspendido: (1) con eje corto, y (2) con eje largo. El primero de estos diseños es uno más moderno, en el cual el excéntrico se localiza por encima del nivel del engranaje. La estructura principal tiene dos secciones, el casco superior sostiene a los cóncavos mientras que el casco inferior contiene al excéntrico y al eje del piñón. El engranaje cónico y el piñón proveen la rotación del excéntrico. La trituradora puede ser accionada con una correa o directamente.

4.2. Definición de los términos de una trituradora giratoria La trituradora se selecciona en función del tamaño de la alimentación o el tonelaje o ambos. Una regla básica es que el 80% de la alimentación a la trituradora debe tener una dimensión máxima en una sola dirección menor a 2/3 de la abertura nominal para la alimentación. Una forma más útil de obtener esta dimensión es relacionando el tamaño de la trituradora con el tamaño de la pala cargadora empleada en el pit.

5. Cálculo de la potencia El tamaño del motor para una trituradora se determina usando el índice de trabajo de Bond para trituradoras. La relación empleada para el cálculo aproximado del consumo de unidad de energía es: W = Wi x 11,0 x (√𝐹80 - √𝑃80 )/(√𝐹80 x √𝑃80 ) Donde W es la energía específica requerida en KWh/t, 𝑃80 es el tamaño del 80% pasante del producto en micrones, y 𝐹80 es el tamaño del 80% pasante de la alimentación en micrones o 2/3 de la abertura para alimentar a la trituradora. Para encontrar la potencia total en KW, la energía específica calculada se multiplica por un factor de 0,75 para las trituradoras primarias y 1,00 para las trituradoras secundarias: POTENCIA TOTAL [kw] = capacidad de la trituradora x W x factor Este método de cálculo de potencia puede emplearse para el cálculo aproximado de las trituradoras primarias de mandíbulas y giratoria, las trituradoras giratorias secundarias, y las trituradoras de cono.

6. TRITURADORAS DE CONO Las trituradoras de cono se utilizan exclusivamente para tanto una trituración secundaria como una terciaria. La trituradora de cono opera del mismo modo que una trituradora giratoria, pero con una velocidad más elevada. Posee una cámara de trituración con una inclinación más pequeña para de este modo entregar una capacidad más elevada y una mayor razón de reducción. El objetivo es el de incrementar el tiempo de retención del material a través de la cámara de trituración o reducir la velocidad de caída del material a través de la misma, permitiendo de este modo múltiples impactos sobre la alimentación (razón de reducción más elevada). Los dos tipos más comunes de trituradoras de cono utilizadas en la minería metálica de Norteamérica son la trituradora de cono Symons, fabricada por Nordberg, y las trituradoras Hidrocono, fabricadas por Boliden – Allis (originalmente Allis – Chalmers).

6.1. Descripciones TRITURADORAS DE CONO SYMONS: Nordberg posee dos tipos principales de trituradoras de cono, una de tipo estándar, la cual es ampliamente utilizada para las aplicaciones de trituración secundaria, y otra de cabeza corta, generalmente empleada para una trituración terciaria. Ambos tipos se fabrican con tamaños que varían de 0,6 a 3 m (2 a 10 pies). La diferencia más importante entre la trituradora de cono estándar y la de cabeza corta es la forma de la cavidad de trituración. Las trituradoras de cono estándar están diseñadas para hacer un producto que varíe de 12,5 mm ( 1/2 pulgada) a más de 63,5 mm (2 ½ pulgadas) tanto en circuito abierto como cerrado. Éstas pueden estar equipadas con cavidades finas, medias, gruesas, y extra gruesas para obtener variaciones en la alimentación y el producto final. Las trituradoras de cono de cabeza corta tienen un ángulo que permite una cavidad más paralela de trituración que la máquina estándar. Están diseñadas para producir un producto triturado que varíe de

3,2 mm (1/8 pulgada) a 19,0 mm (3/4 pulgada) en circuito cerrado con las zarandas apropiadas. También pueden estar equipadas con cavidades finas, medias, gruesas, o extra gruesas de trituración para obtener variaciones en el tamaño de la alimentación y del producto deseado. Nordberg también produce otras series de trituradoras de cono: Omnicone, Gyradisc, y Waterflush. La Omnicone requiere menos espacio y se encuentra disponible en tamaños de 940 a 1524 mm (37 a 60 pulgadas). Las trituradoras de cono Omnicones deben ser consideradas como una alternativa para las plantas móviles y las de bajo tonelaje. La Gyradisc es una máquina de trituración de producto fino y es capaz de triturar material limpio y duro hasta menos de 4,76 mm (malla 4). Por lo tanto, puede ser un reemplazo potencial para los molinos de barras en un flowsheet convencional de trituración y molienda. En la trituradora Gyradisc, la trituración se produce por una combinación de impacto y desgaste. No sirve para tratar materiales pegajosos, húmedos, ni con una cantidad excesiva de finos. Estos equipos se encuentran disponibles desde 914 a 2134 mm (36 a 84 pulgadas). Las trituradoras de cono en húmedo (Serie WF) utilizan la tecnología WaterFlush en la cual se adiciona agua a la máquina para que fluyan los finos a través de la cavidad de trituración. Dicho flujo produce una cantidad importante de partículas escamosas bien formadas que se fragmentan fácilmente durante una molienda con barras. Esto resulta en la eliminación del molino de barras y en una reducción importante en los requerimientos totales de energía en la conminución. Todas las trituradoras de cono Nrodberg son accionadas mediante un piñón montado sobre un contra-eje. El piñón activa al engranaje, el cual rota al excéntrico. Éste hace girar tanto a la cabeza del eje principal como a los revestimientos del manto, abriendo y cerrando el gape con el revestimiento del cóncavo. El eje principal y el cabezal se encuentran sostenidos sobre un revestimiento esférico hueco. TRITURADORAS HIDROCONO DE ALLIS – CHALMERS: Esta empresa no distingue entre un diseño estándar y uno de cabeza corta, pero utiliza la misma trituradora básica para tanto una trituración secundaria como una

terciaria. La máquina apropiada se selecciona para cada servicio simplemente cambiando el diseño de la cámara de trituración. Allis – Chalmers ofrece seis tamaños diferentes de trituradoras.

7. OTRAS TRITURADORAS PRIMARIAS, SECUNDARIAS, Y TERCIARIAS DE COMPRESIÓN Existen otras trituradoras de compresión que deben considerarse para aplicaciones particulares. Los MINERAL SIZERS, fabricados por la MMD Group of Companies, en Debys, UK, pueden tratar material de hasta 1,0 𝑚3 (35 𝑝𝑖𝑒𝑠 3) con una producción máxima de hasta 3180 tph (3500 stph). La trituradora posee dos ejes que pueden estar revestidos con dientes o puntas. Este equipo es adecuado para ser utilziado sobre materiales con una resistencia a la compresión que exceda los 276.000 kPa (40.000 psi). Esta trituradora no es apta para menas poco abrasivas.

El STAMBER FEEDER/BREAKER, fabricado por la W.R.Stamber Corp., en Millesburg, KY, también es un fragmentador rotatorio con picos. La unidad consiste en una tolva, un alimentador, y un fragmentador simple con picos que rota. Éste puede tratar material con una resistencia a la compresión de hasta 207.000 kPa (30.000 psi) en un movimiento continuo. El tamaño máximo de la alimentación es de 1,2 x 1,8 x 1,8 m (4 x 6 x 6 pies) para producir un producto de 203 mm (8 pulgadas) a una razón de 1800 tph (2000 stph). Esta trituradora es la más apta para menas poco abrasivas.

Las trituradoras de rolos, luego de una larga e ilustre carrera, virtualmente han desaparecido como trituradoras terciarias en la industria de la minería metálica. Aún se las emplea para triturar carbón, y se ha mostrado un reciente interés en la trituradora de rolo a alta presión para una trituración muy fina. Esta trituradora de rolo se describe en la sección de molienda.

7.1. Trituradoras de impacto y molinos de martillos Existen numerosos tipos de trituradoras de impacto y molinos de martillos. Los tipos más comunes son los siguientes: A. Trituradoras de impacto: a. De rotor simple común b. De rotor doble común c. De rotor simple reversible d. De rotor doble con alimentación en la parte central B. Molinos de martillos: a. No reversibles b. No reversibles y sin traba c. Reversibles de rotor simple

d. Tipo corona La capacidad de una máquina con un espesor determinado se encuentra afectada por (1) el diámetro del círculo con los martillos, (2) la masa de partes móviles, (3) la velocidad, (4) la velocidad de los martillos, y (5) la forma en que se alimenta a la máquina. La alimentación debe penetrar el círculo de martillos si se va a utilizar la superficie total de trituración. Esto requiere un equilibrio entre la velocidad de caída del material y la velocidad del rotor, la cual difiere considerablemente entre las diversas máquinas en el mercado.

8. TRITURACIÓN POR IMPACTOS Las trituradoras de impacto trituran a los pedazos de roca golpeándolos, mientras caen libremente, a una elevada velocidad contra superficies estáticas. Debido a que la trituradora de impactos depende de una elevada velocidad para ser efectiva, el desgaste resulta ser mucho mayor que en las trituradoras de mandíbulas y de cono. Por esta razón, su uso normalmente se encuentra limitada a rocas que sean relativamente débiles, friables, y pegajosas; tal como sucede con muchos yacimientos no metálicos. El uso moderno diferencia entre las trituradoras de impacto y los molinos de martillos (fijos o móviles) y secundariamente en como las partículas golpean entre sí o contra las superficies de acero; los molinos de martillos se basan tanto en el impacto de la fuerza centrífuga generada por los martillos (móviles) como en las acciones de desgaste y cizalla entre estos martillos y placas suspendidas bien ubicadas en el fondo, justo por debajo del círculo de martillos. Una reciente innovación lo constituye el molino de trituración autógena Barmac, el cual está siendo aplicado con éxito en el material duro y abrasivo que ha sido previamente triturado mediante equipos que fracturan por compresión. El principio básico de la fragmentación por impacto es el uso total de la energía del rotor en la reducción del material. La energía cinética es impartida al material y se utiliza principalmente para romper los enlaces en la estructura de la partícula. Ésta luego se rompe a lo largo de sus planos de debilidad y, como resultado, produce un producto con forma de grano. La gradación del producto se encuentra en función de la velocidad del rotor y de la friabildiad del material. Un incremento en algunos de estos dos ítems conduce a un aumento en la proporción de finos producidos. En caso contrario, se producirá una reducción en la cantidad de finos en el producto. La gradación del producto deseado es un factor importante a la hora de seleccionar entre una trituradora de impacto o un molino de martillo. Por lo general, este último obtiene un producto con una gradación más fina.

MOLIENDA: PARTE 1 La molienda consiste en la reducción posterior de los productos triturados hasta un tamaño apropiado para los procesos siguientes de concentración. Esto normalmente se efectúa mediante la rotación de la mena triturada junto con los medios de molienda, en un cilindro que rota o en un cilindro vertical donde se produce la agitación de la carga. Los medios de molienda pueden ser bolas de acero, barras de acero, o guijarros de rocas. La mayor parte de la energía se consume manteniendo en movimiento al molino o agitador junto con los medios de molienda y la mena, solo una pequeña parte se emplea para desarrollar el trabajo útil de fragmentar a la mena que rodea a los cuerpos moledores. La molienda es de naturaleza estática. La alimentación posee una distribución granulométrica que depende de las características de la mena y del proceso de trituración. Cuando se la muele, existe una cierta probabilidad de que cualquier partícula pueda ser fragmentada. El objetivo del diseño de un circuito de molienda es el de seleccionar las condiciones que incrementen la probabilidad de fragmentar a las partículas de un tamaño determinado. Esto debe realizarse junto con una combinación óptima de costos capitales y operativos para de este modo, minimizar el costo total durante la vida de la mina. La molienda es un proceso poco eficiente, que hace un uso intensivo de la energía, y que comúnmente contabiliza hasta un 40% del costo operativo total de la planta. Este segmento básicamente describe a la molienda en húmedo de menas que contienen mienrales mediante molino autógenos y semiautógenos, molinos de barras, molinos de bolas, y molinos torre (tower mills).

1. TIPOS DE MOLINOS Los molinos se identifican por el tipo de medios de molienda. Cada tipo de molino se encuentra adoptado para ciertas aplicaciones de molienda que deben ser evaluadas para seleccionar al equipo para cada tarea. A continuación se presentan los tipos de molinos y sus características.

1.1. Molinos de barras Los molinos de barras son cilindros horizontales que rotan cargados con barras que muelen a la mena al rotar dentro de éstos. Para evitar las condiciones que generan el enredo de la carga de barras, se debe mantener una relación largo/diámetro (L/D) de 1,4 a 1,6. Cuando esta relación se vuelve menor a 1,25 se incrementa rápidamente el riesgo de que se forme una maraña de barras. El límite práctico de una barra de buena calidad (o sea, de una barra que no se va a enredar) es de 6,1 m (20 pies). Debido a esta limitación, el tamaño más grande de un molino de barras es de 4,6 m de diámetro por 6,6 m de largo (15 x 21,5 pies), utilizando barras de 6,1 m (20 pies), y empleando una potencia que varía de 1640 a 1715 KW (2200 a 2300 Hp).

Los molinos de barras aceptan una alimentación de hasta 50 mm (2 pulgadas) y producen un producto en el rango de tamaños de -3000 a -270 𝜇𝑚 (pasante malla 4 a pasante malla 35). La molienda se efectúa mediante el contacto linear entre las barras que se extienden a lo largo de la longitud del molino. Las barras rotan y giran en una alineación paralela simulando una serie de trituradoras de rolos. Esto resulta en la molienda preferencial del material grueso y minimiza la producción de lamas. De los tres tipos principales de molinos de barras –por rebalse, por descarga periférica sobre un extremo, y por descarga periférica central- solo se utiliza comúnmente el primero. Los molinos de barra para una molienda en húmedo se emplean normalmente en la industria del procesamiento de minerales. La molienda en seco se aplica en algunas áreas; sin embargo, puede confrontar con algunos problemas y debe ser evitada excepto cuando sea absolutamente necesaria. Las ventajas y las desventajas de la molienda con barras son las siguientes:

Ventajas: 1. Los molinos de barras operan con velocidades menores en comparación con los molinos de bola debido a que las barras ruedan y no caen en forma de cascada. 2. Para una molienda equivalente, los molinos de barras utilizan menos acero que un molino de bolas debido a una menor velocidad y un mejor contacto entre los medios de molienda y la mena.

Desventajas: 1. La carga de barras debe ser mantenida en buenas condiciones de tonelaje de trabajo, y las barras rotas y calientas (deformadas por el desgaste) deben ser removidas. Los molinos de barra usualmente requieren una mayor atención por parte del operario. Es importante que las barras permanezcan esencialmente paralelas ente sí. Si éstas se desalinean, se pierde la acción de molienda y, más importante aún, se produce el enredo de las mismas. 2. La longitud máxima de la barra se encuentra limitada a alrededor de 6,1 m (20 pies). Esto, de hecho, limita la longitud, el diámetro, y la capacidad de los molinos de barras. 3. Las barras más pesadas cuando actúan sobre los lifters y los revestimientos generan un gran desgaste, por lo que se requiere un gran mantenimiento. Los molinos de barras normalmente acarrean una carga de barras de 35 a 65% del volumen del equipo. Los límites en el nivel de la carga son (1) mantener abierto el extremo de la alimentación de modo que ésta pueda entrar al molino, y (2) mantener la carga de barras en un nivel bajo de modo que éstas no trabajen en el extremo de la descarga, en donde pueden enredarse. La siguiente expresión es la que se utiliza para determinar la potencia requerida por un molino de barras: 𝟏⁄ 𝟑

KWr = 1,07 x 𝑫

x (6,3 – 5,4 x 𝑽𝒑 ) x f𝑪𝒔

Donde KWr son los kilowatts por tonelada corta de barras, D es el diámetro interno del molino expresado en pies, Vp es la fracción del volumen del molino cargado con las barras, y fCs es la fracción de la velocidad crítica.

1.2. Molinos de bolas Los molinos de bolas se utilizan a continuación de los molinos de barras para moler a la mena hasta un tamaño más fino. También se los utiliza como molinos primarios a continuación de una trituración fina de las menas. Estos equipos aceptan una alimentación en el rango de tamaños que varía de 6,4 a poco menos de 25 mm (1/4 a -1 pulgada). El tamaño del producto puede variar entre -270 𝜇𝑚 y -37 𝜇𝑚 (pasante por malla 35 a pasante por malla 400). La mena normalmente se muele con bolas de acero forjado o de acero colado. La acción de molienda se realiza mediante el contacto punto a punto entre las bolas y los revestimientos del molino, y entre las mismas bolas. Estos molinos varían en la relación L/D desde menos de 1:1 hasta más de 2:1. No existen reglas fijas sobre las relaciones apropiadas L/D debido a que éstas varían con los circuitos utilizados, el tipo de mena, el tamaño de la alimentación, y los requerimientos totales de molienda. Típicamente, un molino de bolas pequeño tiene un tiempo de retención menor; consecuentemente, produce un producto más grueso. Un molino de bolas largo,

denominado molino de tubo (tube mil) en algunas ocasiones, tiene un tiempo de retención más elevado y produce un producto más fino. Existen dos tipos comunes de molinos de bolas: con descarga por parrilla y con descarga por rebalse. MOLINOS DE BOLAS CON DESCARGA POR LA PARRILLA: estos equipos normalmente se utilizan cuando se necesita una producción mínima de finos. A medida que se fue incrementando el tamaño de los molinos de bolas con el correr de los años, los molinos con descarga por rebalse se volvieron predominantes, por lo que los molinos con descarga por la parrilla rara vez son seleccionados en la actualidad. MOLINOS DE BOLAS CON DESCARGA POR REBALSE: tal como lo implica su nombre, la pulpa se descarga desde el molino al rebalsar desde el muñón para la descarga.

1.3. Molinos de guijarros Los molinos de guijarros son similares a los molinos de bolas pero utilizan medios de molienda no metálicos, tales como bolas de porcelana, piedras, y más a menudo la mena misma. La densidad real de una carga de guijarros es menor que la de una carga de acero; en consecuencia, para una potencia comparable, el tamaño de un molino de guijarros es mayor que el de un molino de bolas. Los molinos de guijarros a menudo son utilizados para una molienda en seco y cuando la contaminación con hierro es perjudicial para la calidad del producto.

Los molinos de guijarros que operan en un circuito cerrado en húmedo están ganando más aceptación como molinos autógenos secundarios. Aún cuando no son muy populares en Norteamérica, han sido ampliamente adoptados en Sudáfrica. En la industria minera de los metales, los molinos de guijarros se encuentran a continuación de una molienda primaria autógena o semiautógena. Los guijarros cuando tienen un tamaño apropiado se extraen del circuito de trituración o desde un molino autógeno primario y de una manera controlada son arrojados al molino de guijarros, para de este modo, mantener una potencia constante.

1.4. Molinos autógenos Los molinos autógenos utilizan grandes pedazos de material ROM (run-of-mine) o de mena proveniente de la trituración primaria como medios de molienda. Este es diferente al molino de guijarros, el cual emplea rocas de un tamaño definido como medios de molienda. El mecanismo predominante de fragmentación en una molienda autógena es el desgaste con un poco de impacto. Para que una mena pueda moler autógenamente en forma exitosa, ésta debe ser competente, y debe fragmentarse a lo largo de los enlaces entre los granos hasta que se obtenga un producto con el tamaño deseado. Otro requerimiento es que los tamaños más finos deben fracturarse fácilmente y luego ser removidos del molino, caso contrario, se producirá un crecimiento de los tamaños críticos. El tamaño crítico se define como el que es demasiado pequeño como para servir efectivamente como un medio de molienda y todavía es demasiado grande como para ser fragmentado por piezas mayores. Este tamaño ordinariamente varía desde 51 a 19 mm (2 a ¾ pulgadas) de diámetro. Si la mena es demasiado dura como para fragmentarse, se acumulará en la carga del molino y se verá reducida la producción del molino.

La molienda autógena tiene dos ventajas: (1) reduce el desgaste de los metales, y (2) elimina las etapas de trituración secundaria y terciaria. Por lo tanto, ofrece un ahorro en los costos capitales y en los costos operativos.

1.5. Molinos semiautógenos En algunas ocasiones puede suceder que la mena no posea rocas competentes para actuar como medios de molienda, o que el cuerpo mineralizado ocasionalmente tenga rocas con una calidad pobre y que no sean adecuadas para ser empleadas como cuerpos moledores. En tales situaciones, se pueden utilizar los molinos semiautógenos. En la molienda semiautógena, las rocas competentes se suplementan con bolas de acero en una cantidad de 2 a 10% del volumen del molino. La geometría del molino semiautógeno es la misma que la del molino autógeno, con algunas modificaciones en lo que se refiere al diseño estructural, la tracción, y el impacto. El tamaño de las bolas comúnmente varía de 76 a 127 mm (3 a 5 pulgadas) de diámetro.

1.6. Molinos torre El molino torre, el cual fue inventado en Japón, se empleó originalmente para una remolienda de los finos. A medida que este equipo se volvió más aceptado en Norteamérica, se amplió su rango de aplicaciones, y en la actualidad los molinos torre se utilizan en lugar de los molinos de bolas en los circuitos de molienda secundaria de poco tonelaje.

El molino torre ilustrado en la figura anterior consiste de un recipiente vertical de molienda con un rotor en el eje central con forma helicoidal. Este rotor helicoidal rota y mueve a los medios de molienda ascendentemente a través de la parte central del compartimento de molienda y descendentemente en la zona periférica del mismo. Se cargan cuerpos moledores tales como bolas de acero, guijarros de cerámica, o guijarros naturales dentro de la cámara de molienda hasta cubrir al agitador helicoidal. El material a ser molido ingresa por la parte superior, central, o inferior de la estructura principal dependiendo de la aplicación y el tamaño de la alimentación. La molienda se produce por una combinación de colisión y fricción entre las bolas, y entre éstas contra los revestimientos del molino y contra el eje helicoidal. Los molinos torre se utilizan tanto en húmedo como en seco. Los sistemas de molienda en seco emplean ventiladores y clasificadores con aire, mientras que los sistemas de molienda en húmedo usan hidrociclones para remover el producto. Las ventajas declaradas por los fabricantes del molino torre son: 1. 2. 3. 4. 5.

Una menor área de instalación. Menos ruido (usualmente 85 dB). Fundaciones simples. Menores costos de instalación. Menores costos operativos.

EQUIPOS DE MOLIENDA 1. Molinos de bolas Frecuentemente se obtiene una reducción de tamaños intermedia y fina mediante la molienda en un molino de bolas, en el cual la longitud del casco cilíndrico usualmente es 1 a 1,5 veces el diámetro del mismo. Los molinos de bolas de gran longitud se denominan molinos tubo, y cuando se emplean guijarros duros en lugar de bolas de acero como medios de molienda, los molinos de bola pasan a llamarse molinos de guijarros. En general, los molinos de bolas pueden ser operados tanto en húmedo como en seco y son capaces de producir productos en el orden de los 100 𝜇𝑚. Esta tarea representa una razón de reducción de hasta 100. Un molino de bolas es un tambor rotador con una carga de bolas de 40 a 50% (usualmente de acero o acero aleado). El material a ser molido llena los espacios entre las bolas, y en cada rotación es atrapado por las colisiones bola/bola y bola revestimiento hasta el punto de fractura. Se pueden moler tonelajes muy grandes con estas máquinas debido a que son muy efectivas para manejar material. La alimentación puede ser seca, con menos de un 3% de humedad para minimizar el taponamiento de las bolas, o una pulpa con un 20 a 40% de agua en peso. Los molinos de bolas se emplean tanto en aplicaciones de molienda primaria como secundaria. En las aplicaciones primarias, reciben su alimentación desde las trituradoras, mientras que en las aplicaciones secundarias, la reciben a partir de los equipos de molienda con barras, molienda autógena, o molienda semiautógena. Los molinos de remolienda en las operaciones de procesamiento de minerales usualmente son molinos de bolas, debido a que la alimentación para estas aplicaciones típicamente es bastante fina. En algunas ocasiones se utilizan estos equipos en una etapa simple de molienda, recibiendo el producto de una trituradora. Los circuitos de estos equipos a menudo se encuentran cerrados con un clasificador y poseen elevadas cargas circulantes. Estas cargas maximizan la productividad en el tamaño del producto deseado. En la tabla siguiente se resumen las características de los molinos de bolas.

El tamaño del molino requerido para ejecutar una tarea determinada –esto es, el diámetro (D) entre los revestimientos- puede calcularse a partir de las relaciones de diseño dadas por Rowland y Kjos (1978). Los parámetros de diseño que deben especificaciones son:     

El tamaño en micras en el cual el 80% del material que es pasante para la alimentación, 𝐹80 , y para el producto, 𝑃80 . El índice de trabajo de Bond, Wi (KWh/t), del material. La relación L/D. La fracción de velocidad crítica. La tasa de alimentación (tph).

Las ecuaciones para el desgaste de los revestimientos y de las bolas comúnmente se escriben en función del índice de abrasión (Bond 1963). Estos dos parámetros se expresan en kg/KWh, y cuando se los multiplica por la energía específica (KWh/t), la tasa de desgaste queda en kg/t de alimentación. El desgaste en los molinos de bolas que operan en seco es aproximadamente 1/10 del que hay en los molinos de bolas que trabajan en húmedo, lo cual se debe a la inhibición de la corrosión. La eficiencia de estos equipos en comparación con los equipos que efectúan una compresión lenta sobre una partícula simple es de alrededor del 5%. La relación L/D de los molinos de bolas varía desde un poco menos de 1:1 hasta algo más de 2:1. Los molinos tubo y de compartimentos, comúnmente empleados en la industria del cemento, tienen una relación L/D de 2,75:1 o más. La fracción de velocidad crítica del molino depende de la aplicación, y la mayoría de los molinos operan a alrededor de un 75% de la velocidad crítica. Un incremento en la velocidad generalmente significa un aumento en la potencia, pero a su vez también se producen más impactos inútiles de las bolas con los revestimientos, produciéndose más desgaste y menos fractura.

En la actualidad, se están construyendo molinos de bolas con un diámetro de 26 pies. Estos equipos se encuentran instalados en muchos lugares alrededor del mundo y frecuentemente requieren más de 10 MW para su operación. Existen tres formas principales de mecanismos de descarga. En el molino de bolas con descarga por rebalse, el producto rebalsa a través del muñón donde se encuentra la descarga. Un molino de bolas con descarga por diafragma tiene una parrilla en el extremo de la descarga. El producto fluye a través de las ranuras en la parrilla. Se pueden utilizar lifters para la pulpa o puertos periféricos para descargar el producto. La mayoría de las bolas son de acero o acero forjado al carbono. Generalmente son esféricas pero también se han utilizado con otras formas.

Los revestimientos empleados se encuentran construidos con:    

Acero colado aleado Hierro colado resistente al desgaste Un polímero (caucho) Una combinación de polímero con metal

La forma de los revestimientos de un molino nuevo que a menudo se recomienda es con doble solapa (double wave) cuando las bolas son menores a 2,5 pulgadas, y con una sola solapa (single wave) cuando las bolas son más grandes. La típica cupla molino-motor es un piñón con un engranaje. Los motores síncronos son adecuados para estos equipos, debido a que su potencia casi siempre es constante. También se emplean motores de inducción y de jaula de ardilla. Un motor de elevada velocidad que opera de 600 a 1000 rpm requiere un reductor de velocidad entre el motor y el eje del piñón. La transmisión sin engranaje (gearless drive) ha sido instalada en varios lugares alrededor del mundo.

2. Molinos AG/SAG Los molinos autógenos y semiautógenos (AG/SAG) representan un tipo relativamente nuevo de molinos rotatorios que, bajo condiciones, pueden reemplazar a los equipos empleados para la reducción de tamaños en una trituración secundaria así como también a los utilizados en una molienda primaria y final. Básicamente, el mecanismo de fractura es similar al encontrado en otros molinos rotatorios. La única característica de esta máquina es que las partículas gruesas de mena se utilizan como medios de molienda, a diferencia del molino de guijarros en donde éstos se generan naturalmente a partir de la mena. Bajo esta observación, la molienda autógena debe aplicarse solo con las menas que poseen estas características necesarias. El molino autógeno es una máquina para una molienda gruesa, que consiste de un tambor que rota con un 25 a 40% del volumen total lleno con mena. No se utilizan medios de molienda que sean metálicos o manufacturados. Los molinos autógenos se alimentan con mena tamaño ROM o con el producto de una trituradora primaria. Dentro del equipo, los pedazos de mayor tamaño se fragmentan en pedazos más pequeños. Estos guijarros naturales actúan como medios de molienda en estos equipos. Los modos principales de fractura son la fragmentación por impacto y la abrasión. La molienda semiautógena resulta cuando se adiciona una pequeña cantidad de bolas de acero, 3 a 20% del volumen del molino, a la carga del equipo. Esta adición de una carga de acero produce cambios considerables en el desempeño del molino. En este caso, se pueden requerir modificaciones importantes en el diseño para acarrear a la carga adicional. Generalmente, el uso de bolas de acero como suplemento de los guijarros naturales incrementa la capacidad del molino significativamente pero, a su vez, hace que aumenten los costos operativos para las bolas y la energía.

Son posibles muchas configuraciones de circuito, pero esencialmente el molino autógeno se opera como una etapa simple de molienda primaria, o puede operar seguido de una molienda secundaria de guijarros o una molienda con bolas. El molino autógeno a menudo opera en circuito cerrado con un trommel o con zarandas vibratorias externas que clasifican a la descarga. Las cargas circulantes son bajas en comparación con las que se obtienen en los circuitos con molinos de bolas, debido a que los equipos autógenos no se benefician con la presencia de cargas circulantes elevadas. En algunas ocasiones se utilizan trituradoras intermedias para triturar a los guijarros más grandes en la corriente que se recircula.

La tabla siguiente resume las características de los molinos autógenos y semiautógenos.

La eficiencia de un molino autógeno es menor que la de un molino de bolas debido a que la inherente baja eficiencia de la fractura roca con roca versus la fractura generada por las bolas de acero. Un factor de 1,5 resulta ser un valor común de la relación del índice de trabajo operativo autógeno con el índice de trabajo de Bond de laboratorio. OWi = 1,5 x BWi La típica relación L/D de los molinos en Norteamérica es de 0,30:1 a 0,35:1. En Europa y Sudáfrica, esta relación varía de 1:1 a 2:1. Los fabricantes tienen ideas diferentes acerca de la importancia relativa de la fractura por impacto y la abrasión, y esto se ve reflejado en la relación L/D. Los fabricantes norteamericanos creen que la fractura por impacto es importante, por lo que usan grandes diámetros para proveer un largo camino descendente para la carga junto con sus consecuentes altas velocidades. El volumen del molino que se encuentra lleno de carga es de un 30 a 35% en los molinos pequeños y de 45 a 50% en los molinos con grandes dimensiones (Digre 1979). La velocidad del molino usualmente es de un 73 a 78% de la velocidad crítica y típicamente se encuentra controlada por una transmisión de velocidad variable. Los molinos AG/SAG poseen un volumen mucho mayor que los molinos de bolas. Esto se debe a la baja densidad de la carga en el equipo. Los equipos SAG más grandes del mundo poseen un diámetro de 40 pies, una longitud de 19 pies, y una potencia de hasta 20 MW. La experiencia de los operarios dice que los circuitos autógenos requieren más energía (consistente con la menor eficiencia de la auto-fractura de las partículas) que los circuitos convencionales para obtener

el mismo tamaño de producto y una productividad similar. La energía adicional puede ser tan grande como un 100% de la energía utilizada por un circuito convencional. El molino AG/SAG se alimenta con un buzón alimentador. La entrada de los equipos autógenos es mucho más grande para acomodar a los tamaños mayores de la alimentación. Se emplean lifters de gran tamaño para elevar a la carga lo suficientemente alto dentro del molino. Estos lifters pueden tener la forma de un riel o de un doble riel. Las barras de los lifters pueden estar remachados al casco del molino atravesando a los revestimientos. La altura de los lifters puede ser de 5 a 12 pies. Debido a las elevadas fuerzas de impacto, se utilizan lifters y revestimientos de una aleación de Cr-Mo. Las aleaciones de níquel hard (NiHard) se rompen en las áreas donde se producen los fuertes impactos una vez que se adiciona una carga de bolas. El desgaste de tanto los revestimientos como los lifters en los molinos AG/SAG es mucho más elevado que en los molinos de bolas. Barratt (1979) realizó una comparación entre un circuito semiautógeno y uno convencional en las plantas que tenían estos dos tipos de circuitos uno al lado del otro. El costo de las bolas en los circuitos SAG era un 19% menor que en los circuitos convencionales y, de forma similar, los costos en los revestimientos eran menores en un 4%. La reducción en este último costo se debe a la eliminación del costo en los revestimientos de las trituradoras secundarias y terciarias. El mecanismo de descarga resulta ser más elaborado en estos equipos cuando se lo compara con el de un molino de barras o de bolas. Se emplea una parrilla para la descarga del producto, la cual posee ranuras radiales que varían de 10 mm a 100 mm. Luego de fluir por las ranuras, el producto es elevado hasta el extremo de la descarga mediante unos lifters para la pulpa, los cuales operan como una “rueda de agua”. A menudo se adiciona un trommel al muñón de descarga del molino. Esta criba puede tener una longitud de 6 a 8 pies y aberturas con un diámetro de ½ a ¾ pulgadas.

3. Molinos de molienda a alta presión (HPGR) Tal como se mencionó previamente, la reducción de tamaños mediante la compresión de una partícula simple es muy efectiva para minimizar los requerimientos de energía y utilizar solo una fracción de la energía de una molienda convencional con un molino de bolas. Schönert (1979) comparó la demanda de energía específica en la conminución por compresión y por impacto, y obtuvo:  

2,5 a 5,8 KWh/t para una conminución por compresión. 23 a 56 KWh/t para una conminución por impacto.

Tal como se notó anteriormente, no resulta técnicamente factible obtener una gran producción con la conminución por compresión de partículas pequeñas, pero si cuando se trata de un lecho compuesto por éstas. Bajo estas condiciones, la interacción partícula con partículas incrementa la energía requerida aunque ésta se encuentra lejos de la demandada por una molienda efectuada con un molino de bolas. Para los rolos de molienda a alta presión (high presion grinding rolls (HPGR)), las partículas de la alimentación son aceleradas en la entrada al equipo por la caída de éstas desde una altura de 15 pies. Por lo tanto, se reducen las pérdidas por fricción debido a que los rolos tienen que hacer menos trabajo acelerando a las partículas hasta la velocidad periférica. El grado de conminución se encuentra influenciado por la tensión. El tamaño de los fragmentos en el producto se reduce a medida que aumenta la tensión, y consecuentemente, la energía específica.

Cuando la tensión es elevada, el producto se empaqueta en briquetas (aglomerados). Estos aglomerados se dispersan fácilmente cuando la presión del rolo es de 30 a 50 Mpa, cuando se utilizan presiones más elevadas, es necesaria una desaglomeración en un molino de bolas para dispersar a los aglomerados. El diámetro típico de los rolos varía de 200 a 1000 mm, y la presión del rolo es de 125 a 375 MPa. La fricción entre las partículas en el lecho genera que algunas de éstas permanezcan sin fragmentarse (Schönert 1979), de modo que el producto desaglomerado se clasifica de tal forma que el sobretamaño regrese al equipo para pasar una vez más a través de los rolos. Un bajo grado de conminución resulta ser más eficiente debido a una reducción en la fricción entre las partículas, pero la carga circulante aumenta debido a que no se obtiene el tamaño de producto deseado por una baja presión en los rolos. Las cantidades principales en el diseño para los rolos son la fuerza específica y el flujo másico de las partículas:

𝑭𝒔𝒑 =

𝑭 𝑫𝑾

Donde F es la fuerza, D es el diámetro del rolo, y W es la longitud del rolo. M = u x W x dg x 𝝆

Donde u es la velocidad del rolo en la superficie, dg es el ancho del gape, y 𝜌 es la densidad real del material que se está moliendo.

4. Molinos agitadores (stirred mills) A medida que el tamaño del producto desde un molino de bolas se vuelve cada vez más fino, se va reduciendo el tamaño óptimo de las bolas. Sin embargo, a cierto tamaño las bolas pequeñas (moviéndose bajo la influencia de las fuerzas gravitacionales en un molino rotatorio) no pueden proveer una fuerza de impacto lo suficientemente fuerte para generar la fractura de la partícula. Los molinos agitadores incrementan las fuerzas por impacto induciendo “momentums” más grande que en un molino rotatorio. El molino de bolas con agitación de la carga es una máquina de molienda fina capaz de producir tamaños menores a 1 𝜇𝑚 en el producto. Se trata de un recipiente cilíndrico que se carga con bolas de acero o cerámico y el material a ser molido. La carga es agitada mediante la rotación de un eje central con cucharillas o brazos que se extienden dentro de la carga, tal como se ve en la figura.

Diferentes máquinas son agitadas con diferentes velocidades, las cuales varían de 20 a 2000 rpm. La agitación más intensa sucede justo en frente y por detrás de los rotores. La velocidad de la carga es muy elevada en esta área y se reduce a cero en el eje central y en las paredes. En las operaciones verticales, la pulpa puede ser introducida tanto desde el fondo como desde la parte superior del recipiente. Para las orientaciones horizontales, el molino es alimentado a presión desde un extremo y descargado a través de un anillo de retención ubicado en el otro extremo. El molino agitador puede operar en circuito cerrado con una máquina de clasificación apropiada para las partículas con un tamaño pequeño. La intensidad de la potencia (entrada de energía por unidad de volumen) de estos molinos es mayor que en los molinos comerciales de bolas. Se han reportado valores de hasta 100 veces más grande de energía específica por volumen. Esta elevada intensidad de la potencia se atribuye a la relativamente elevada potencia del rotor. Los tiempos de residencia extremadamente largos en los molinos de bolas para producir tamaños menores a 1 𝜇𝑚 son significativamente reducidos en un molino agitador. Esto resulta atractivo en términos del volumen de los equipos instalados y de los comparativamente reducidos tiempos de residencia. Los requerimientos de energía específica (KWh/t) son aproximadamente iguales para los molinos agitadores de bolas y los molinos rotatorios de bolas para un producto cuyo tamaño de partícula sea mayor a 20 𝜇𝑚. En la siguiente tabla se resumen las características de estos molinos.

Las características referentes a la potencia de los molinos agitadores son similares a las del mezclador de una turbina. Los parámetros de diseño para la ecuación dada en la tabla son el volumen del molino, V; el diámetro de las bolas, 𝑑𝐵 ; la densidad de las bolas, 𝜌𝐵 ; y la velocidad angular del eje, N. La

relación empírica de tamaño – energía que ha mostrado ser la más apropiada (Sepulveda 1980) es la ecuación de Charles. Los parámetros de esta ecuación son la constante A ((KWh/t) x (𝜇𝑚)1,8); el tamaño promedio del producto (𝜇𝑚); el tamaño promedio de la alimentación (𝜇𝑚); y el exponente (𝜔). Las constantes, A y 𝛼, se pueden observar en la tabla anterior para diversos minerales y carbón en agua. El Vertimill, el cual se muestra en la siguiente figura, es un casco cilíndrico estrecho y vertical. En el centro de este cilindro se encuentra un eje transmisor del movimiento sobre el cual se montan una serie de cucharillas. El molino se llena parcialmente con bolas de acero de hasta 1,5 pulgadas de diámetro. Durante la operación, estas cucharillas son movidas por el eje a una velocidad de 25 a 30 rpm arrastrando y mezclando a las bolas. Toda partícula de la alimentación que se encuentra presente es triturada por fuerzas de cizalla e impacto cuando es atrapada por las bolas en movimiento, las cuales imparten la energía suficiente para inducir la fractura. La pulpa de la alimentación generalmente es bombeada a través de una válvula en el fondo del molino. A medida que las partículas ascienden por el molino mezclándose con las colas, éstas se muelen por fuerzas intensas de roce y una compresión. El producto molido rebalsa por la parte superior y es recogida. En general, se puede obtener un producto más fino empleando bolas pequeñas. Para una razón de reducción máxima, las bolas deben no ser más pequeñas que 7 veces el diámetro de las partículas en la alimentación. Un Vertimill es capaz de moler una alimentación con un tamaño de 100 𝜇𝑚 hasta obtener un producto de 0,3 a 1,5 𝜇𝑚.

MOLIENDA: PARTE 2 1. DIMENSIONAMIENTO Y SELECCIÓN DEL MOLINO Los molinos de barras, así como también los molinos de bolas, se dimensionan en base al índice de trabajo de Bond obtenido a partir de los ensayos de molienabilidad del molino de bolas o del molino de barras de Bond. Es mucho más dificultoso dimensionar a los molinos autógenos debido a que no hay ensayos a escala piloto, tales como los ensayos del índice de trabajo de Bond, que adecuadamente definan las características de molienda autógena de una mena. Este tipo de molienda también es mucho más sensible a los cambios en el tipo de mena en comparación con los molinos convencionales, tales como los de barras y los de bolas. Por lo tanto, resulta imperativo que como primera etapa, se efectúe un ensayo de competencia sobre los diferentes tipos de mena que hay en el mismo cuerpo mineralizado. Si las rocas son competentes, se debe continuar con un ensayo a escala piloto. Normalmente se requiere un molino con un diámetro de 1,5 o 1,8 m (5 o 6 pies) para proveer suficientes datos para dimensionar con certeza un molino autógeno o semiautógeno.

1.1. Cálculo básico de potencia para los molinos de barras y de bolas Una vez que se ha determinado el índice de trabajo (Wi), pueden calcularse tanto los requerimientos de energía como las dimensiones del molino a partir de la ecuación de la Tercer Teoría de Bond:

W=

𝟏𝟎 𝒙 𝑾𝒊 √𝑷𝟖𝟎

–

𝟏𝟎 𝒙 𝑾𝒊 √𝑭𝟖𝟎

Donde W es el consumo de energía en KWh/st de alimentación, el 𝑃80 es el tamaño en 𝜇𝑚 por el cual pasa el 80% del producto, y 𝐹80 es el tamaño en 𝜇𝑚 por el cual pasa el 80% de la alimentación. Este cálculo entrega la potencia requerida en los siguientes puntos de referencia: 1. Procesamiento con barras: una molienda en húmedo en un circuito abierto empleando un molino de barras con un diámetro interno de 2,4 m (8 pies). 2. Procesamiento con bolas: una molienda en húmedo en un circuito cerrado empleando un molino de bolas con un diámetro interno de 2,4 m (8 pies). 3. La potencia calculada es la potencia requerida en el eje del piñón del molino e incluye las pérdidas en los cojinetes del muñón, en el engranaje, y en el piñón; pero no incluye las pérdidas en el motor o en cualquier otro componente de la transmisión, tales como reductores de velocidad o embragues.

1.2. Factores de corrección A la hora de estudiar el desempeño del molino de una planta, se han identificado un número de factores que causan que los índices de trabajo calculados a partir de los datos operativos de una planta varíen de los obtenidos con los ensayos de moliendabilidad de Bond. Estos factores, básicamente factores de eficiencia e ineficiencia que resultan del dimensionamiento del equipo, de los medios de molienda, y del circuito utilizado, son los siguientes: 𝐶𝐹1 : Molienda en seco 𝐶𝐹2 : Molienda con bolas en un circuito abierto 𝐶𝐹3 : Diámetro del molino 𝐶𝐹4 : Sobretamaños en la alimentación 𝐶𝐹5 : Molienda más fina que un 80% pasante de 74 𝜇𝑚 (malla 200) 𝐶𝐹6 : Razón de reducción demasiado grande o demasiado pequeña en un molino de barras 𝐶𝐹7 : Razón de reducción demasiado pequeña en un molino de bolas La potencia básica (W) calculada con la ecuación de Bond debe ajustarse aplicándose los factores de corrección recién mencionados.

1.3. Cálculo de potencia para molinos autógenos y semiautógenos Se ha descubierto como regla general, que los requerimientos de potencia para moler una tonelada de mena en un molino para ensayos hasta un tamaño dado usualmente puede duplicarse en un molino comercial de gran tamaño. Esto asume que el ensayo se lleva a cabo bajo condiciones cuidadosamente controladas con buenas mediciones de la potencia. Se ha encontrado que generalmente en los pequeños molinos para ensayos, la carga debe ser mantenida entre 25 y 30% del volumen del equipo. La potencia total alcanzada bajo estas condiciones puede utilizarse para llevarla a la escala de los molinos comerciales y así obtener los requerimientos de unidad de potencia por tonelada de material tratado. Muchos investigadores y fabricantes han utilizado muchas fórmulas para arribar a los requerimientos de la potencia total de un molino comercial. Muchos de los primeros molinos autógenos eran calculados con menos potencia necesaria y, por lo tanto, debían se operados con niveles más bajos de carga, particularmente si debía adicionarse una carga de bolas para obtener la producción deseada. Dicha situación incrementa el desgaste en los revestimientos y en las bolas. Por lo tanto, resulta esencial tener suficiente potencia instalada en el molino comercial.

En general, la mayoría de las fórmulas para el aumento de escala usan un exponente en los diámetros del molino y una comparación directa de la longitud del molino para arribar a un factor multiplicativo para dicho aumento de escala de ensayo de potencia del molino. El exponente empleado para los diámetros del equipo varía de 2,4 a 3,0. Para los molinos que operan en húmedo, debe usarse un exponente de 2,65 para arribar a la potencia necesaria para poner en funcionamiento a un molino comercial. La potencia en un molino de ensayos siempre está dada en KW nuevos, y la potencia de un molino comercial generalmente se mide en potencia total. Por lo tanto, empleando la relación siguiente:

𝑷𝑪 = 𝑷𝑻 x

𝑳𝑪 𝑳𝑻

𝑫 ( 𝑪 )𝟐,𝟔𝟓

x

𝑫𝑻

𝟎,𝟗𝟓

Se obtiene la potencia requerida por el motor del molino comercial, en donde 𝑃𝐶 es la potencia total (KW), 𝑃𝑇 es la potencia neta del ensayo (KW), 𝐷𝐶 es el diámetro nominal del molino comercial (m), 𝐷𝑇 es el diámetro nominal del molino de ensayos (m), 𝐿𝐶 es la longitud nominal del molino comercial, y 𝐿𝑇 es la longitud nominal del molino de ensayos (m). La potencia total es la entrada de energía al motor del molino, mientras que la potencia neta es la consumida en la molienda luego de deducir las pérdidas mecánicas y eléctricas. Para encontrar la capacidad nominal de un molino en toneladas por hora, el 90% de la potencia total debe dividirse por la potencia neta de molienda por tonelada obtenida en el ensayo. El análisis de datos a partir de las operaciones con molinos AeroFall muestra que la potencia varía cuando el diámetro se eleva a un valor de 2,8. Específicamente, la potencia de un diseño estándar que trata menas normales bajo condiciones óptimas, puede calcularse a partir de: P = 0,00100 x W x (𝑫)𝟐,𝟖 x L Donde P son los KW requeridos por el motor para una transmisión directa, W es la densidad real de la carga al molino (kg/𝑚3 ), D es el diámetro interno (m), y L es la longitud interna (m).

1.4. Otras consideraciones Para los molinos de barras, la potencia varía según el diámetro mediante la siguiente ecuación: P = 0,00100 x W x (𝑫)𝟐,𝟑𝟑 x L Para los molinos de bolas, la potencia se calcula: P = 0,00100 x W x (𝑫)𝟐,𝟑 x L El peso de la carga de acero en el molino puede estimarse de la siguiente manera:

𝑪𝑾 =

𝑫𝟐 𝟒

𝒙 𝝅 𝒙 𝑽𝒑 𝒙 𝑳 𝒙 𝑪𝒅 𝟏𝟎𝟎𝟎

Donde 𝐶𝑊 es el peso de la carga en toneladas, D es el diámetro interno del molino (m), 𝑉𝑝 es el porcentaje del volumen del equipo ocupado con la carga, L es la longitud de las barras para un molino de barras (m), o la longitud efectiva de molienda en el caso de los molinos de bolas; y 𝐶𝑑 es la densidad del medio incluyendo los espacios vacíos (kg/𝑚3 ). En el caso de que no se disponga de este último dato, se pueden emplear los siguientes pesos para estimar la carga en el molino.

MEDIOS DE MOLIENDA Barras nuevas Carga de barras desgastadas Bolas de acero forjado Bolas de hierro colado

PESO 6250 5770 4640 4160

UNIDAD kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3

Si no se dispone del índice de trabajo de Bond desde los ensayos realizados o desde operaciones en plantas equivalentes, entonces se pueden emplear los valores de la tabla anterior.

1.5. Barras para la molienda Las barras para un molino de barras poseen un tamaño que varía de 38,1 a 101,6 mm (1,5 a 4 pulgadas) de diámetro y de 3,04 a 6,10 m (10 a 20 pies) de longitud, dependiendo de la longitud del equipo.

1.6. Bolas para la molienda Las bolas para un molino de bolas tienen un diámetro máximo de 127 mm (5 pulgadas) y un diámetro mínimo de 19 mm (3/4 pulgada). En la actualidad, hay muy poca producción de bolas mayores a 102 mm (4 pulgadas), excepto para los molinos SAG.

1.7. TASA DE DESGASTE DE LAS BARRAS Y LAS BOLAS Bond (1958) hizo estudios extranjeros de la abrasividad de varios metales y minerales. Determinando el índice de trabajo (Wi) y el índice de abrasión (Ai) en una máquina de laboratorio especialmente diseñada, fue capaz de predecir el desgaste de las barras y las bolas en las operaciones específicas de molienda. Sus relaciones son las siguientes: 𝑘𝑔

Molinos con barras en húmedo: desgaste de la barra en 𝐾𝑊ℎ = 0,16 x (𝐴𝑖 − 0,020)0,30 𝑘𝑔

Molinos con bolas en húmedo: desgaste de la bola en 𝐾𝑊ℎ = 0,16 x (𝐴𝑖 − 0,015)

1⁄ 3

𝑘𝑔

Molinos de bolas en seco: desgaste de la bola en 𝐾𝑊ℎ = 0,023 x √𝐴𝑖

2. REVESTIMIENTOS DE LOS MOLINOS A continuación se ilustran algunas de las secciones más exitosas que han sido utilizadas como revestimientos para los molinos de barras. La selección de un diseño particular de los seis tipos básicos que se presentan en la figura se ve influenciada por diversos factores que incluyen (1) la velocidad y el diámetro del molino, (2) el tamaño de las barras usadas, (3) la abrasividad y el tamaño de la alimentación, (4) el nivel de descarga de la pulpa, y (5) la dureza del material en los revestimientos. No existe un diseño de revestimiento que sea el mejor para todos los molinos, sin embargo, el diseño de una sola solapa es en la actualidad de grandes diámetros.

Existe una relación definida entre el tamaño de las bolas en un molino y el diseño usado para los revestimientos. Las bolas con tamaños mayores se emplean para alimentaciones gruesas, lo cual tiende a producir una tasa elevada de desgaste sobre los revestimientos. En consecuencia, éstos usualmente se fabrican con más espesor y con solapas más altas para de este modo extender su vida operativa. En la molienda desarrollada en molinos secundarios con bolas más pequeñas, la tasa de desgaste sobre los revestimientos es más lenta, lo cual permite el uso de revestimientos más delgados con solapas más pequeñas. Las bolas más pequeñas también producen menos impacto, de modo que se pueden utilizar materiales frágiles en los revestimientos. La siguiente figura ilustra los diseños más exitosos para revestimientos fabricados con materiales ferrosos. Los revestimientos fabricados con acero colado, a pesar de todavía ser muy populares, en la actualidad enfrentan una creciente competencia de los revestimientos de caucho y cerámico.

2.1. Vida operativa del revestimiento El consumo de los revestimientos de hierro y acero en los molinos de barras y bolas, puede variar desde alrededor de 0,25 kg/t para los molinos de bolas que muelen en húmedo una mena abrasiva, hasta un valor de alrededor de 0,0005 kg/t para la molienda en seco de piedra caliza débil o cemento clínquer. La tabla siguiente enlista tasas de desgaste típicas en los revestimientos para 15 instalaciones de gran tonelaje en EEUU y Canadá, involucradas en la molienda primaria de menas con bajas leyes.

A partir de 1961, ha habido un crecimiento en el mercado de los revestimientos de caucho a lo largo del mundo. El uso principal de éstos ha sido en las operaciones de molienda fina, en donde son capaces de proveer una excelente vida operativa.

3. TRANSMISIONES DE LOS MOLINOS Muchos tipos diferentes de transmisión pueden utilizarse en los molinos, dependiendo del tamaño del equipo y los requerimientos de torque. Los tipos de transmisión varían desde correas en forma de V hasta piñones múltiples o transmisiones sin engranaje. A continuación se presentan los tipos más populares.

3.1. Engranaje en forma de corona y un piñón simple La siguiente figura ilustra varias transmisiones con piñones. El piñón simple es por lejos el más popular entre los diseños debido a su simplicidad. El piñón puede ser abastecido con un motor de baja velocidad (aproximadamente 150 a 250 rpm) o una combinación entre un motor con velocidad elevada (600 a 1200 rpm) y un reductor de velocidad. Este tipo de transmisión puede emplear engranajes con una helicoidal simple, con una helicoidal doble, o en forma de espuela.

Este tipo de transmisión comúnmente se utiliza en molinos de hasta 2980 KW (4000 Hp) y en algunos casos en equipos de hasta 3730 KW (5000 Hp). Se usan cuplas flexibles o embragues para conectar a la transmisión del motor y/o al reductor de la velocidad con el eje del piñón. El uso de un embrague reduce los requerimientos de un torque inicial del motor y de la demanda de potencia sobre el sistema eléctrico.

3.2. Engranaje en forma de corona y piñones múltiples En la actualidad, este diseño es el más popular para transmisiones de 3730 a 8950 KW (5000 a 12000 Hp). Como en el caso anterior, también se pueden emplear motores con baja o alta velocidad, así como también embragues o cuplas flexibles. El problema más importante con este tipo de transmisión es el de mantener la división de la carga entre los piñones.

3.3. Transmisión sin engranajes Este tipo de transmisión de un motor síncrono que posee una velocidad ultra reducida para abastecer al molino sin usar un engranaje. El motor puede estar “envuelto” alrededor del molino con el rotor montado sobre el casco del molino o el muñón del mismo. En forma alternativa, puede encontrarse montado independientemente y conectarse en forma directa al muñón del molino. Este tipo de transmisión ofrece una velocidad variable con un toque constante o una potencia constante. En general, las transmisiones sin engranaje se vuelven económicas entre 11200 a 14900 KW (15000 a 20000 Hp).

4. CIRCUITOS DE MOLIENDA El circuito de molienda reduce al material de la alimentación hasta el tamaño necesario par un procesamiento posterior. Se emplea tanto la molienda en húmedo como en seco. En este último caso, el contenido de humedad generalmente se encuentra por debajo de un 5%. Si el procesamiento subsecuente resulta ser un proceso en seco, entonces se ve favorecida una molienda en seco. La molienda en húmedo requiere menos potencia y típicamente es seleccionada en el caso de que no haya circunstancias especiales. MOLIENDA EN UN CIRCUITO ABIERTO Y CERRADO: la molienda puede llevarse a cabo tanto en un circuito abierto como en uno cerrado. En un circuito abierto, el material pasa solo una vez a través del molino y es descargado hacia el procesamiento posterior. En un circuito cerrado de molienda, cada pasada a través del molino es seguida por una etapa de clasificación. El material grueso regresa al molino para una molienda adicional mientras que el material fino es descargado hacia el proceso siguiente. MOLIENDA EN CIRCUITO ABIERTO: este tipo de circuito debe considerarse en las siguientes aplicaciones: 1. Cuando hay otra etapa de molienda que lo continúa. 2. Cuando la razón de reducción es pequeña.

3. Cuando el gradiente de los tamaños no resulta ser un factor crítico. Pueden tolerarse los subtamaños como así también los sobretamaños. MOLIENDA EN CIRCUITO CERRADO: este tipo de circuito produce un producto con tamaños más próximos. La descarga del molino en un circuito cerrado es separada mediante un clasificador en un material grueso y otro fino. El material grueso se recircula hacia el molino, mientras que el material fino se descarga hacia la próxima etapa en el procesamiento. La molienda en circuito cerrado genera una carga circulante, la cual se define como la relación entre el peso del material grueso que regresa al molino mediante un clasificador y el peso de la alimentación nueva. MOLIENDA SIMPLE Y EN VARIAS ETAPAS: los circuitos de molienda pueden estar construidos por una sola etapa o por múltiples etapas. Cuando se trata de una etapa simple de molienda solo se usa un molino, el cual puede operar tanto en circuito abierto como en circuito cerrado y ser un equipo de molienda con barras, con bolas, autógena o semiautógena. Una molienda en varias etapas puede emplear una combinación de los equipos recién mencionados en los circuitos anteriormente descriptos.

4.1. Selección del circuito Durante años, ha existido una superposición entre la trituración fina y la molienda gruesa, particularmente en el procesamiento con barras. En los últimos 25 años, el uso de una molienda autógena o semiautógena (SAG) para hacer el trabajo de una trituración secundaria/terciaria y de una molienda con barras, ha agregado “combustible” a este argumento. Más recientemente, los molinos AG/SAG han sido capaces de responder a la interrogante del costo capital y de las ventajas y desventajas de emplear un equipo de grandes dimensiones para realizar una parte importante del trabajo requerido. Al mismo tiempo, se ha tratado de mejorar la capacidad, el uso de la energía, y la disponibilidad de las trituradoras de cono para una trituración secundaria y terciaria con el fin de hacer una alimentación más fina para los molinos de barras y de bolas. Obviamente en ambos casos lo que se busca es eliminar, o al menos reducir sustancialmente, el desgaste de los medios de molienda de hierro y acero, y los requerimientos de repuestos, particularmente de barras de acero para la molienda.

Parámetro del circuito Costo capital Costo operativo Mantenimiento Desgaste de acero Energía Uso eficiente de la energía Capacidad para las fluctuaciones Tiempo para estabilizar el circuito Ensayos requeridos Competencia de los medios Moliendabilidad Impacto (baja energía) Abrasión Planta piloto autógena Impacto (alta energía) Capacidad de controlar el producto Disponibilidad del circuito Capacidad de tratar menas pegajosas

Molino AG primario 2

TIPO DE CIRCUITO DE MOLIENDA Trituradora Molino SAG de cono, AG Primario, primario, Molino de Molino Molienda barras, Molino SAG secundario de secundaria Molino de primario guijarros con bolas guijarros 1 5 3 6

Trituradora de cono, Molino de barras, Molino de bolas 7

Trituradora de cono, Molino de bolas 6

Múltiples etapas de trituración, Molino de bolas 4

1 1 8 8

8 8 7 7

2 2 6 6

7 7 5 5

5 4 3 3

6 6 2 1

4 5 4 4

3 3 1 2

7

8

6

5

4

1

3

2

2 a 3 años

2 a 3 años

2 a 3 años

2 a 3 años

1 año

2 a 3 meses

1 a 2 meses

1 a 2 meses

si si si si si no

si si si si si no

si si si si si si

si si si si si no

si si si si no si

no si si si no si

no si si si no si

no si si si no si

8 87 a 95 %

7 80 a 92 %

6 87 a 95 %

5 80 a 92 %

4 94 a 96 %

1 94 a 96 %

3 96 a 98 %

2 96 a 98 %

2

1

4

3

5

6

7

8

CIRCUITOS DE CONMINUCIÓN En la práctica nunca se emplean por separado a las piezas individuales de los equipos de conminución, en lugar de eso, se utilizan etapas apropiadas de reducción de tamaños en una planta para transportar al material ROM hasta el tamaño del producto final. La selección apropiada de los equipos etapa por etapa es determinada por el tamaño de la alimentación, el tipo de mena, y el tamaño del producto final. La tabla siguiente enlista los intervalos de tamaños dentro de los cuales operan más efectivamente los diversos métodos de conminución. El hecho de que la eficiencia inherente de algunas máquinas sea mayor que la de otras hace que los diseñadores de circuitos deban seleccionar los equipos que producen una eficiencia favorable.

Un aspecto clave para obtener una eficiencia elevada es el de remover el producto tan rápido como sea posible una vez que fue creado. El material que se encuentra “acabado” absorbe energía e interfiere con la fragmentación de las partículas gruesas. Además, el material acabado puede llegar a ser sobremolido. Por lo tanto, el uso de una separación eficiente de tamaños mediante zarandas, hidrociclones, y otro tipo de clasificadores resulta ser una parte crítica de un circuito. La siguiente figura muestra un circuito que toma el material ROM (de hasta 1000 mm) a través de tres etapas de trituración para obtener un producto 10 mm. En algunas ocasiones se emplean parrillas (grizzlies) para proteger a la trituradora primaria (giratoria) de los pedazos de roca extremadamente grandes y de otros problemas ajenos que puedan ocasionar una disrupción en la operación. Las trituradoras primarias casi siempre operan en un circuito abierto (sin una etapa de separación de tamaños para retornar al material con sobretamaño). El producto de la trituradora primaria usualmente se dirige hacia un almacenamiento de mena gruesa para controlar a las otras etapas de reducción de tamaños y evitar las grandes variaciones en la producción de la mina. Las dos trituradoras secundarias (de cono) operan en circuito cerrado con zarandas para mejorar su eficiencia y controlar el tamaño máximo en las trituradoras terciarias (también de cono).

A continuación se ilustra un típico circuito de molienda, el cual puede estar a continuación del circuito anterior. Aquí, el producto de la trituradora terciaria (10 a 15 mm) alimenta a un molino de barras (que opera en circuito abierto) para obtener una descarga de 3 a 6 mm, seguido de un molino de bolas que opera en circuito cerrado con una batería de ciclones. El reblase del ciclón contiene un producto que varía de 0,2 a 0,005 mm.

En el siguiente caso se puede observar un circuito de molienda primaria con bolas, en donde el producto de una trituradora terciaria alimenta al molino de bolas. La descarga de éste fluye hacia un sumidero que luego es bombeada hacia una batería de ciclones para una clasificación normal. La corriente con los tamaños gruesos regresa al sumidero, mientras que la corriente con los finos forma el producto. En la siguiente imagen se muestra una alternativa para los circuitos más convencionales presentados más arriba. En este caso, el producto de la trituradora primaria se dirige hacia un molino autógeno/semiautógeno pasando por una pila de almacenamiento (stockpile) para mena gruesa. El producto de la trituradora se muele en una etapa simple y luego el producto se clasifica con un ciclón. Las ventajas de este circuito son la eliminación tanto de dos etapas de trituración como de una etapa de molienda. Por último, a continuación, se puede observar una modificación en la molienda estándar AG/SAG para menas que producen guijarros duros de moler. Estos guijarros alimentan a una trituradora de cono en lugar de solo regresar al molino.

Existen también muchas otras opciones de circuito, especialmente aquellas que involucran molinos agitadores (stirred mills) para una molienda más fina y un tratamiento previo a la molienda mediante el empleo de equipos HPGR (high pressure grindig rolls).

APLICACIONES: CANTERAS 1. INTRODUCCIÓN A lo largo del mundo desarrollado y en desarrollo, se explotan grandes cantidades de agregados cada año, las cuales son de alrededor de 25 billones de toneladas métricas. La producción en el Oeste de Europa y en EEUU es constante, mientras que en lugares como el Este de Europa, India, China, y el Sudeste Asiático la demanda es cada vez más creciente a medida que desarrollan su infraestructura. Los agregados son materiales esenciales para la construcción de un mundo moderno, y estos productos se utilizan a diario en casas, caminos, escuelas, hospitales, fábricas, negocios, oficinas, aeropuertos, y ferrocarriles. Para estos proyectos, los agregados a menudo se usan en forma de hormigón y asfalto, pero también se emplean para la manufactura industrial, por ejemplo, la fabricación de vidrio, la producción de cemento, papel, relleno, la desulfuración de los gases (lo cual resulta en un yeso artificial), y la fabricación de acero.

2. PROCESAMIENTO IN-PIT La cantera tradicional consiste de un frente de trabajo, un camino para el transporte del material, y una planta fija de procesamiento. Sin embargo, en la segunda mitad del siglo 20, durante la gran demanda de agregados para la construcción, muchos operarios en Norteamérica instalaron canteras con equipos portátiles de modo que pudiera abastecer a los proyectos situados en áreas remotas, y además, optimizar el uso de sus equipos durante las campañas con una construcción temporal. Los proveedores de equipos estuvieron a la altura del desafío con el diseño y la construcción de equipos portátiles para canteras, los cuales fueron desarrollados y mejorados a lo largo de los años. Una típica gama de trituración consiste de un chasis montado sobre ruedas que hospeda trituradoras y zarandas, con tolvas y cintas transportadoras para la extracción del material. Estas máquinas se encuentran todas unidas y usualmente son alimentadas con un generador diesel. En Europa desde 1990, hubo una revolución en lo que se refiere a las plantas de procesamiento de agregados montadas sobre ruedas oruga. Los fabricantes escandinavos, tales como Metso y Sandvik, fueron los pioneros en esta tecnología y todavía continúan siendo líderes a nivel mundial. Estas máquinas consisten en un set de ruedas oruga tipo Caterpillar, tal como las empleadas en topadoras y retro-excavadoras, y en un fuerte chasis. En un extremo tienen una tolva para la alimentación y una parrilla. En el medio poseen una trituradora (de mandíbulas, de impacto, o de cono) y una fuente de energía diesel. En el otro extremo se encuentra una cinta para la descarga de material. A lo largo de los años, estas unidades primarias han sido modificadas para incluir una zaranda con más cintas para la descarga y una cinta de retorno que opere en circuito cerrado con la trituradora. Este tipo de unidad en la actualidad se encuentra disponible a partir de varios fabricantes en una variedad de

configuraciones, incluyendo la instalación de diferentes tipos de zarandas, trituradoras secundarias y terciarias, tolvas, cintas transportadoras, y otros componentes.

Este tipo de planta de procesamiento usualmente se localiza en el frente de trabajo de la cantera y puede consistir de una unidad produciendo un material tamaño trituradora primaria (crusher run material) o pueden estar enlazadas cintas transportadoras con una planta fija de procesamiento secundario. En forma alternativa, puede estar vinculada a 2 o 3 máquinas montadas sobre ruedas orugas para formar una planta completa sobre el terreno de la cantera. El procesamiento in-pit tiene una ventaja en las siguientes situaciones: 

Si el frente de la cantera se ha movido una distancia larga desde la planta de procesamiento, se pueden eliminar los costosos caminos con sus respectivos camiones mediante el uso de una

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 

etapa de trituración en el mismo frente de trabajo. El material puede ser trasladado hasta una planta secundaria mediante un sistema de cintas transportadoras. Las pequeñas reservas de agregados que no justifiquen el costo de una planta fija puede ser explotadas y operadas empleando máquinas móviles, las cuales luego se pueden mover hasta la próxima reserva de material. Las campañas temporales de procesamiento son comunes en ciertos lugares de Norteamérica. Una planta simple de trituración portátil puede viajar entre grupos de canteras. En las canteras de grandes dimensiones, la planta de procesamiento comúnmente se localiza sobre una buena reserva de agregados. A medida que se agota la cantera original, a menudo resulta se efectivo en cuanto a costos desmantelar a la planta vieja y extraer las reservas por debajo de ésta con una unidad móvil sobre ruedas oruga.

3. TRITURACIÓN El uso de explosivos es la primera aplicación de energía sobre una roca virgen en su camino a convertirse en un producto comercializable. La voladura es una forma importante y efectiva de trituración. Una voladura bien ejecutada transforma a una formación de roca sólida en fragmentos lo suficientemente pequeños como para ser aceptados por una planta de procesamiento. Generalmente es más económico efectuar una reducción de tamaño química (con explosivos) que mecánica (con trituradoras). La manufactura de los agregados requiere la fragmentación de grandes rocas en otras más pequeñas; por ejemplo, la roca obtenida por voladura puede tener una sección de 1 m, mientras que el balasto usado en el ferrocarril es un producto con un diámetro de 50 mm, y el agregado para el hormigón usualmente tiene un tamaño de 20 mm. Se necesitan varias etapas de trituración mecánica en la producción de agregados, con los siguientes objetivos claves:      

Maximizar el producto obtenido. Minimizar las pérdidas. Optimizar la forma de la partícula. Remover al material dañino. Minimizar el consumo de energía. Optimizar las características de desgaste de la trituradora.

Una típica cantera usualmente tiene tres o cuatro etapas de trituración: 1. Una trituración primaria: la roca obtenida con la voladura se reduce desde 1 m de diámetro hasta menos de 300 mm. 2. Una trituración secundaria: el producto de la trituración primaria se reduce posteriormente hasta un tamaño de 50 a 60 mm, el cual puede formar parte del producto final.

3. Una trituración terciaria: toma el producto de la etapa secundaria y produce los tamaños finales del agregado, usualmente menor a 20 mm. 4. Una trituración cuaternaria: ésta puede utilizarse para producir arenas o retriturar al sobretamaño excedente.

3.1. Trituradora giratoria Una trituradora giratoria consiste en un eje largo que posee un elemento cónico de molienda hecho con un acero duro, conocido como cabezal, que se encuentra situado sobre un manguito excéntrico. El eje, o vástago, se encuentra suspendido dentro de la araña y, a medida que rota (alrededor de 80 a 150 rpm), desarrollad un movimiento cónico dentro de la cámara de trituración. El movimiento máximo del cabezal ocurre cerca de la descarga en el fondo. Durante el proceso de trituración, se comprimen grandes trozos de roca entre el cabezal que rota y los segmentos superiores de la cámara de trituración, volviéndose más pequeños a medida que el material cae a través de la máquina. Las trituradoras giratorias son máquinas con una capacidad elevada (hasta 10.000 tph) y solo se emplean en aplicaciones primarias. Una trituradora giratoria es apta para la mayoría de los tipos de roca.

3.2. Trituradora de mandíbulas Una trituradora de mandíbulas consiste en dos placas de metal para tareas pesadas, profundamente inclinadas (conocidas como mandíbulas) las cuales se encuentran dentro de una estructura de acero colado. Una gran abertura en la parte superior recibe a la roca proveniente de la voladura, mientras que el producto es descargado a través de la abertura más pequeña situada en el fondo. Una mandíbula se encuentra fija, mientras que la otra recibe energía para moverse hacia delante y hacia atrás.

Las trituradoras de mandíbulas pueden utilizarse como trituradoras primarias para muchos tipos diferentes de rocas a menos que se requiera una gran capacidad en el equipo. Usualmente se diseñan de acuerdo al tamaño de la abertura para la alimentación. La primera dimensión es el ancho de la mandíbula, y la segunda es el gape (distancia entre la mandíbula fija y la móvil en la entrada a la cámara de trituración). El escalpado (o remoción) del material con un diámetro de 50 mm usualmente tiene lugar antes que éste pueda llegar a la trituradora y al alimentador, lo cual resulta esencial para una operación eficiente. Todas las trituradoras de mandíbulas tienen un volante adherido a la transmisión, el cual tiene la función de almacenar energía en la mitad ociosa del movimiento de la mandíbula, y la entrega en la mitad operativa del ciclo de trituración. Existen dos tipos principales de trituradoras de mandíbulas: 1. Trituradora de mandíbulas con doble toggle: la mandíbula móvil se encuentra suspendida a partir de un eje, y su ciclo de trituración se origina con la rotación del excéntrico, el cual hace que suba y baje la biela (pitman), la cual, a su vez, asciende y desciende a la placa con los dos toggles, moviendo a la mandíbula hacia adentro y hacia fuera. Aunque estos equipos no son muy comunes, resultan apropiados para las rocas duras y abrasivas. 2. Trituradoras de mandíbulas con un solo toggle: la transmisión de un excéntrico pasa a través de la parte superior de la mandíbula móvil, creando un movimiento elíptico en el fondo de la mandíbula. Este es un diseño más simple que el de una máquina con doble toggle, con algunas pocas partes móviles, y adecuada para muchas aplicaciones de trituración primaria. Algunas plantas de canteras más viejas usan pequeñas trituradoras de mandíbulas como máquinas secundarias y terciarias.

3.3. Trituradora de cono Una trituradora de cono es una versión más pequeña y modificada de una trituradora giratoria. El vástago más corto de la trituradora de cono se encuentra suspendido en algunos modelos pero en otros no. La capacidad de este equipo es directamente proporcional al diámetro del cabezal, el cual puede ser un poco más alto, dándole suficiente potencia al motor. Además, cuanto más inclinado es el ángulo del cabezal, mayor es la capacidad. La garganta de una trituradora de cono es mucho mayor que la de una giratoria, además opera a velocidades superiores en comparación con una trituradora giratoria. Las máquinas más viejas estaban diseñadas para operar con una velocidad fija más baja, mientras que los modelos más nuevos son más rápidos y su velocidad se puede ajustar dentro de un intervalo de velocidades. Ésta es inversamente proporcional a la capacidad pero directamente proporcional a la razón de reducción de tamaños; por ejemplo, a medida que aumenta la velocidad de una trituradora de cono se reduce la capacidad, y el producto se vuelve más fino.

El desplazamiento amplio del cabezal en cada recorrido está a una velocidad que permite que cada pieza de roca caiga por acción de la gravedad y sea atrapada por el ascenso del cabezal (en su recorrido de retorno). De este modo, el material que pasa a través de la trituradora se encuentra sometido a una serie de martillazos en lugar de ser comprimida gradualmente, como es el caso de una trituradora giratoria. En el fondo de la cámara de trituración, los mantos superiores e inferiores son paralelos para que todas las rocas sean trituradas y que al menos una de sus dimensiones sea igual o menor al set en lado cerrado de la máquina. La trituradora de cono es una máquina bien establecida en la producción de agregados y es apropiada para muchas aplicaciones (excepto para una trituración primaria) y para la mayoría de los tipos de rocas. Sin embargo, las trituradoras de cono más viejas han sido criticadas por producir un material con una forma pobre. La generación más nueva de trituradoras de cono con una velocidad elevada virtualmente elimina esta característica. Los principios generales para un buen desempeño de estos equipos son los siguientes: 

  

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Asegurarse que el motor es lo suficientemente grande para la tarea, y considerar los beneficios de los invertidores de velocidad variable y la transmisión directa desde el motor hacia la trituradora. Una alimentación continua y controlada que no se segregue, distribuida hacia la periferia de la cavidad de trituración, resulta esencial para un buen desempeño. Evitar las alimentaciones con rocas pegajosas, húmedas, o contaminadas debido a que reducen la capacidad de la máquina. El set de lado cerrado (o sea, la distancia más pequeña del gape entre los mantos superior e inferior) debe establecerse de acuerdo al producto requerido y una vez establecido, debe ser monitoreado regularmente para asegurarse que no ha sufrido alguna variación. Deben incorporarse magnetos y detectores de metal al circuito de trituración para retirar a las numerosas piezas metálicas que provengan de la planta. Dichas máquinas protegen a las trituradoras de posibles daños y paradas innecesarias.

3.4. Trituradoras de impacto Una trituradora de impacto consiste de una cámara fabricada de acero con placas fragmentadoras montadas en ciertos puntos. En el medio de la cámara se sitúa un rotor horizontal, el cual, mediante una transmisión eléctrica a alta velocidad, acarrea barras fijas o martillos móviles. Las rocas grandes se alimentan por la parte superior del equipo y, luego de una serie de colisiones a gran velocidad entre la roca y el rotor, así como también entre la roca y los revestimientos de la cámara, o incluso, entre las mismas rocas; se descargan partículas de menor tamaño por el fondo de la máquina. Aunque la mayoría de las trituradoras de impacto tienen un eje horizontal, algunas aplicaciones especiales, tales

como darle forma al agregado o la manufactura de arenas, emplean una trituradora de impacto con un eje vertical.

Las trituradoras de impacto pueden utilizarse en aplicaciones fijas o portátiles y en una etapa primaria, secundaria, o terciaria pero sólo con rocas menos abrasivas. El proceso de trituración por impacto origina una fractura inmediata de la roca, la cual puede ser importante en la producción de agregados de calidad para la construcción. Las trituradoras de impacto también son conocidas por su elevada razón de reducción, darle buena forma al agregado, y generar cantidades significativas de finos. Cuando se considera el uso de estos equipos, es necesario evaluar el tipo de producto deseado. Los métodos para el ajuste de la graduación del producto pueden ser cambiados mediante la alteración de los siguientes ítems: 

La velocidad del rotor.

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La tasa de alimentación (tph). La posición de las barras fragmentadoras. El contenido metalúrgico de los martillos. El espacio entre las barras.

Otro tipo de trituradoras de impacto es el molino de martillos, en donde martillos hechos con un metal de extrema resistencia pivotean sobre el rotor en lugar de estar fijos como barras. Éstos pueden pivotear evitando los sobretamaños o la presencia de metales extraños, y usualmente, son los más adecuados para una producción pequeña y para materiales más débiles; de otro modo el porcentaje de material que pase sin ser triturado sería demasiado elevado. La base de la cámara de trituración se encuentra perforada de modo que solo puedan pasar productos de cierto tamaño; todo el material con un tamaño superior pasa una vez más por la cámara de trituración. El molino de martillo genera la trituración por una abrasión de piedra con piedra dentro de la cámara, lo cual hace difícil de controlar el tamaño de la partícula. Aunque el producto contendrá una gran proporción de finos, los agregados tendrán una buena forma cúbica.

3.5. Trituradoras de rolos Las trituradoras de rolos todavía se emplean en algunas canteras, aún cuando en muchos casos han sido reemplazadas con modernas trituradoras de cono o de impacto. Sin embargo, éstas tienen un uso para la trituración de materiales friables, congelados, o pegajosos tales como Creta, yeso, y piedra caliza de baja resistencia. El tipo más común de trituradora de rolos consiste de dos cilindros horizontales de acero montados, los cuales son libres de girar uno hacia el otro. Uno de los rolos usualmente rota alrededor de un eje fijo, mientras que el otro tiene su eje a una distancia variable. Este mecanismo provee un ajuste para diferentes tamaños del material de la alimentación y también para obtener diferentes productos. Los diámetros y la velocidad de los rolos pueden variar para producir productos con diferentes tamaños. Algunas trituradoras de rolos tienen un solo rolo que rota contra una placa fija, mientras que otras tienen múltiples rolos, pero estos mecanismos son menos comunes. La alimentación a una trituradora de rolos debe ser distribuida a lo largo de todo el ancho del rolo; de otro modo el desgaste no será homogéneo. Los rolos a menudo son lisos y están revestidos con acero al manganeso resistente a la abrasión para hacerlos más duraderos. Para materiales que son particularmente friables o pegajosos, los rolos están construidos con dientes que penetran en el material mediante un proceso de desgarramiento y compresión, el cual también ayuda a empujar al material de la máquina para su trituración.

APLICACIONES: MINERÍA SUBTERRÁNEA La reducción de tamaño del material en muchas operaciones es un ítem a menudo requerido para que el manejo de los materiales sea confiable y productivo. Mediante la trituración subterránea de la mena, una operación puede reducir el desgaste sobre el equipo, reducir el espacio libre en los procesos de manejo de materiales, incrementa la capacidad del montacargas u otro medio de transporte (reduciendo los espacios vacíos en el material), minimizar los acontecimientos del material, e incrementar la productividad de la trituración secundaria y el procesamiento. Típicamente se requiere a las trituradoras enfrente de los medios de transporte y los piques. Cuando el material es transportado hacia la superficie mediante camiones, la trituración subterránea generalmente es menos justificable debido a que es posible transportar de esta manera un intervalo mayor de tamaños. Aunque el material necesite ser triturado previo a ser procesado, en la mayoría de los casos el proceso de trituración es más eficiente en cuanto a costos cuando se lo lleva a cabo sobre la superficie. En las operaciones donde se desarrolla una trituración secundaria, el material sin triturar usualmente es entregado a la trituradora primaria mediante camiones volcadores, cargadores con neumáticos, trenes, o conductos de extracción (orepasses). Se puede utilizar una máquina para la alimentación, tales como plate feeders o apron feeders, para de este modo poder controlar la tasa a la cual este material ingresa a la trituradora (tph). El alimentador a menudo contiene una parrilla preliminar o una máquina de cribado, la cual asegura un tamaño apropiado de alimentación a la trituradora.

1. CONSIDERACIONES DE SEGURIDAD Una planta moderna de trituración incluye los siguientes aspectos de seguridad:   

 

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Personal de seguridad alrededor de todos los equipos móviles (Boyd 2002). Instalaciones para las paradas de emergencia sobre los componentes en donde se requiere el acceso del personal (Boyd 2002). Equipos para la supresión o recolección de polvos: las emisiones de polvo deben cumplir con las últimas normativas al respecto. Los diseñadores deben hacer provisiones para la instalación de equipos que controlen estas emisiones. Instalaciones para la prevención y recolección de fugas: deben minimizarse las fugas desde los alimentadores, los chutes, y los medios de transporte. Máquinas para la supresión y el control de los ruidos: debido a que las trituradoras, las zarandas, y los ventiladores para la recolección de polvos contribuyen a la existencia de niveles elevados de ruido, se necesitan estrategias para minimizar tal exposición por parte del personal. Sistemas de protección contra incendios.

2. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN El diseño de una planta de trituración puede ser dividido en tres componentes principales: el diseño del proceso, la selección de los equipos, y el layout (distribución espacial). Los dos primeros a menudo están determinados por los requerimientos de producción y los parámetros de diseño. El layout puede reflejar las preferencias y la experiencia operacional de un número de reuniones en función de proveer un diseño equilibrado, trabajable, seguro, y económico de una planta. Debido a que muchas instalaciones de trituración subterránea se encuentran localizadas dentro de excavaciones en rocas, resulta vital que el acceso y el mantenimiento de todos los componentes haya sido bien asignado y distribuido durante la fase de diseño. Este debe incluir equipos elevadores adecuados para el mantenimiento o el reemplazado de los componentes más importantes, en el caso que no sea posible el acceso para grúas móviles de grandes dimensiones en muchos sectores subterráneos. El objetivo fundamental del diseño de una planta de trituración es el de proveer una instalación que:    

Satisfaga la producción requerida y el tamaño de material deseado. Pueda ser construida dentro de las restricciones de capital. Opere a un costo competitivo. Cumpla con las normativas de seguridad y medioambientales.

Los siguientes son parámetros muy importantes del diseño que deben ser considerados:      

Características de la mena. Ubicación geográfica. Vida operativa esperada. Probables expansiones. Seguridad y medio ambiente. Capacidad operativa y mantenimiento.

A continuación se describe el sistema para el manejo de materiales en la mina Olympic Dam, en donde se puede visualizar una trituradora primaria giratoria.

3. EQUIPOS PRINCIPALES Los equipos más importantes en un circuito de trituración primaria usualmente incluyen una trituradora, un alimentador, y un medio de transporte. Los circuitos de trituración secundaria y terciaria tienen los mismos equipos básicos, junto con zarandas y tolvas de almacenamiento.

3.1. Equipos adicionales y opcionales Otros equipos que pueden estar en los circuitos de trituración son:                    

Puentes grúa. Montacargas. Servicios de aire comprimido. Bombas de sumidero. Sistemas de limpieza con vacío. Parrillas. Fragmentadores hidráulicos de de rocas. Magnetos en las cintas transportadoras Detectores de metales en las cintas transportadoras. Sistemas de monitoreo de las cintas. Alimentadores de cinta. Alimentadores de tornillo. Ventiladores. Apron feeders. Sistemas para la supresión/recolección de polvos. Elevador para el personal. Bombas para aumentar la presión. Servicios eléctricos. Alimentadores vibratorios. Estaciones para el retiro de muestras.

Las instalaciones para una trituración subterránea poseen un costo capital elevado, debido a los costos fijos por la adquisición de los equipos asó como también por las grandes excavaciones requeridas para hospedar al sistema.

APLICACIONES: MOLIENDA DE CEMENTO CLÍNQUER 1. INTRODUCCIÓN E consumo mundial actual de cemento es cercano a los 2 billones de tph. Durante los últimos 10 años, la producción de cemento se incrementó un 38%. Se fabrican diferentes tipos de cemento portland para satisfacer las diferentes especificaciones tanto físicas como químicas. El cemento portland se hace a partir de proporciones exactas de materiales que contienen calcio, sílice, alúmina, y hierro. Aproximadamente se requiere 1,5 toneladas de materiales para producir 1 tonelada de cemento comercializable. El consumo de energía eléctrica en el proceso convencional de producción de cemento se encuentra en el orden de 110 KWh/t, de los cuales el 30% se emplea para la preparación de los materiales y el 40% durante la producción del cemento final mediante la molienda del cemento clínquer.

La minimización de los costos y el aumento de los asuntos referentes al medio ambiente han hecho énfasis en la necesidad de utilizar menos energía y, por lo tanto, promover el desarrollo de máquinas más eficientes para la molienda y clasificación.

2. EQUIPOS UTILIZADOS PARA LA MOLIENDA DEL CLÍNQUER 2.1. Molinos de tubo Los molinos continuos de bolas han sido utilizados durante más de 100 años y aún continúan siendo los equipos de molienda más ampliamente instalados para esta aplicación. El cemento se muele en molinos de tubo que operan, tanto en circuito abierto como en circuito cerrado. Estos equipos se caracterizan por una relación L/D de 3, la cual es la mejor para minimizar los gastos de energía (Schnatz

y Knobloch 2000). Los molinos de tubo pueden ser operados con uno, dos, o tres compartimentos, y la longitud de cada uno de éstos debe diseñarse de modo que se pueda obtener una variación óptima en la distribución granulométrica desde el extremo por donde ingresa la alimentación hasta el extremo por donde se descarga el producto. Unos diafragmas especiales dividen a estos cilindros en molinos de compartimentos múltiples. Estos diafragmas están diseñados principalmente para prevenir la pérdida de bolas hacia el próximo compartimento mientras permite el flujo de material a través del molino. El diseño del diafragma influye en la finura del material molido (Duda 1985). Se han desarrollado varios tipos de revestimientos para molinos para la molienda del cemento. Los revestimientos clasificadores para la molienda del clínquer tienen un diseño específico, los cuales producen una clasificación de los tamaños de bola por debajo de la longitud del molino. Usualmente se emplean revestimientos ranurados en el segundo o el tercer compartimento del molino para cemento para producir un movimiento de cascada, el cual promueve la fragmentación por abrasión. La operación en los molinos de tubo se encuentra relativamente bien entendida con varios diseños y parámetros operativos de una operación de molienda con bolas que afectan a la eficiencia del molino ya la calidad del cemento producido (Gouda 1981).

2.2. Molino vertical de rodillos Los molinos verticales de rodillos (VRM) han sido utilizados durante muchos años para la molienda de piedra caliza y carbón en la industria del cemento debido a su elevada capacidad en seco, bajo consumo de energía, ser un equipo muy compacto, y un poseer un buen desempeño en las operaciones. El molino más grande que se encuentra en operación tiene una potencia instalada de 6 MW y muele 840 tph de partículas 85% pasantes por 90 𝜇𝑚. La molienda de cemento por un VRM ha encontrado aplicaciones en los sistemas de pre-molienda, los sistemas avanzados de pre-molienda, y los sistemas finales de molienda (Shimoide 1996).

En un VRM, la conminución entre las partículas tiene lugar en un gape lleno de material entre la mesa rotadora y los rolos de molienda. La alimentación al molino es cargada por el centro de la mesa y se mueve, afectada por las fuerzas centrífugas y la fricción, hacia la periferia de la mesa. En su camino, es mordida por dos, tres, cuatro, o seis rolos cónicos instalados en el borde exterior de la mesa. Los rolos se encuentran adheridos a cilindros hidráulicos que proveen la fuerza de molienda para la conminución del material. Las partículas molidas dejan al equipo mediante una corriente de aire y son tomadas por un separador incorporado en el molino. El producto fino se reporta en la descarga del molino, mientras que el rechazo grueso del separador vuelve a la mesa en forma de carga circulante. El VRM fue utilizado por primera vez en una operación comercial para moler cemento acabado en 1984 (Shimoide 1996). Desde entonces, sin embargo, las aplicaciones de esta tecnología en la industria han estado relativamente limitadas. Una razón de esto es que la porción de energía que se ahorra en un VRM (debido a una eficiencia superior en la molienda) se pierde con el consumo adicional por parte del ventilador. Además, el VRM sufre los problemas de desgaste de los rodillos. Sin embargo, las pruebas recientes en planta han demostrado que este problema puede reducirse con diseños nuevos de rodillos. La tasa de desgaste y la productividad del sistema depende mucho de la consistencia de los materiales a ser molidos (Nobis 2001). Una conminución efectiva depende enormemente de la formación de un lecho estable de molienda entre los rodillos y la mesa de molienda.

2.3. Molino horizontal de rodillos El molino horizontal de rodillos (Horomill) consiste de un cilindro horizontal sostenido sobre cojinetes deslizantes y cuya transmisión es una serie de engranajes. Los términos utilizados para describir los principios operativos de un Horomill incluyen un molino que comprime un lecho de material, un molino de múltiples compresiones, y un molino de alta capacidad (Cornille 1999). A continuación se muestra un diagrama simplificado que destaca estos principios operativos.

El material pasa por el molino entrando por un extremo del cilindro y, debido al efecto centrífugo causado por operar al cilindro por encima de la velocidad crítica, es transportado como una capa uniformemente distribuida de material sobre su superficie interna. El producto final se recoge en un filtro para polvos, mientras que las partículas gruesas se recirculan hacia el molino. La fuerza de molienda es transmitida al rodillo mediante cilindros hidráulicos. Se ha reportado que el proceso de molienda basado en múltiples compresiones le aporta a la máquina una elevada estabilidad, y además, permite ajustar la carga circulante para obtener la calidad deseada (Cordonnier 1994). Comparado con un molino de bolas, un Horomill opera con un lecho de molienda más espeso y una presión moderad, lo cual conduce a un ahorro de energía en el orden del 35 al 40% cuando se lo emplea para la molienda de cemento. En la práctica, los costos específicos relacionados a los repuestos son superiores a los de un molino de bolas equivalente (Brunelli 2001).

2.4. Rolos de molienda a alta presión Los rolos de molienda a alta presión (HPGR) desarrollados por el profesor Schoenert han sido ofrecidos como una tecnología para la conminución que clama un desempeño mejorado en comparación a la tecnología convencional de molienda. En particular, se ha comentado que un HPGR tiene un consumo más bajo de energía específica (Schoenert 1979). El material a ser molido en un HPGR es comprimido en el gape formado entre dos rolos que rotan a contra corriente con una velocidad periférica de 1 a 1,8 m/seg. El producto de un HPGR resuta en una torta compactada que contiene partículas finas y gruesas con una gran cantidad de grietas incipientes y puntos de debilidad que reducen enormemente el consumo durante una conminución posterior (Ellerbock 1994). Un HPGR puede utilizarse en diferentes etapas en el proceso de molienda del cemento: (1) trituración previa, (2) molienda final, (3) molienda híbrida, y (4) molienda intermedia. Cuando un HPGR ha sido empleado en la etapa de pre-trituración, se ha obtenido una reducción del 20% en el consumo total de energía (Kellerwessel 1996). La molienda híbrida involucra la desintegración de la fracción gruesa proveniente del aero-clasificador (air classifier) con un HPGR y un molino de bolas. EN la aplicación de una molienda intermedia, el HPGR opera en circuito cerrado con un aero-clasificador, y los finos separados son molidos finalmente en un circuito de molino de tubo. En la aplicación de una molienda final, los HPGR operan en circuito cerrado con un aero-clasificador. Usando esta configuración de molienda final, el ahorro de energía puede ser de hasta un 50% (Kellerwessel 1996), pero los requerimientos de energía en el proceso siguiente de producción son significativamente superiores debido a la estrecha distribución de tamaños producidos (Roseman 1989; Older y Chen 1995).

3. CONFIGURACIÓN DE UN CIRCUITO PARA MEJORAR EL USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA Durante LA Mayor parte del siglo 20, los circuitos comunes para una molienda en seco para la producción de cemento final a partir de cemento clínquer han consistido de molinos de tubo de dos compartimentos con o sin aero-clasificadores. La ventaja de este circuito es su simplicidad y fácil operación en circuito abierto. Una de las razones por las que este circuito tiene una eficiencia limitada se debe a la alta razón de reducción que debe obtenerse en una etapa simple de conminución/clasificación. El tamaño de una alimentación de clínquer puede variar desde un 𝐹80 = 10 – 40 mm, mientras que el tamaño del producto final puede tener un 𝑃80 = 35 – 40 𝜇𝑚, con una razón de reducción de tamaños en el orden de 250 a 1000. Se requieren bolas de grandes dimensiones (hasta de 100 mm) en el primer compartimento del molino de tubo para triturar al clínquer con un tamaño grueso. La eficiencia de una molienda con bolas para una alimentación mayor a un 𝐹80 = 2 – 3 mm es particularmente pobre, y por lo tanto debe ser más eficiente para pre-triturar al clínquer. Trabajos recientes indican que la introducción de una trituradora Barmac para la trituración del clínquer puede incrementar la productividad de un circuito de cemento en el orden de un 10 a 20%. En forma alternativa, el consumo total de energía del circuito puede reducirse en un 5 a 10% (Jankovic, Valery, y Davis 2004). Esta es una opción atractiva debido a la inversión relativamente baja de capital involucrada en la instalación de una trituradora Barmac. La pre-trituración del clínquer puede llevarse a cabo con una variedad de trituradoras. La siguiente figura muestra la distribución granulométrica de una Barmac y, alternativamente, el desempeño de una trituradora de cono modelo HP en circuito cerrado con una zaranda de 4,75 mm, cuyo ingreso de

energía específica es de 2,3 KWh/t. Aunque el tamaño para el material 80% pasante para una trituradora de cono HP es más fino, el producto de una Barmac es potencialmente más favorable debido a su alto contenido en finos. Esta desventaja, sin embargo, no es crucial para la selección. El tamaño de alimentación del clínquer, la dureza, y la abrasividad, así como la capacidad requerida, tienen un efecto sobre una trituradora determinada para una aplicación en particular.

Parra obtener una fragmentación más eficiente en el primer compartimento de un molino de bolas luego de la introducción de una etapa previa de trituración, se debe cambiar la distribución de tamaños de las bolas para adecuarse a la nueva distribución granulométrica de las partículas de la alimentación del molino de bolas combinada con el clínquer nuevo y pre-triturado (alimentación nueva más 150% de carga circulante).

Una fracción importante del material en la alimentación que contiene clínquer nuevo es más gruesa a 5 mm. Para moler efectivamente este tamaño en la alimentación, el tamaño máximo de bola calculado que se requiere (usando la fórmula de Bond) sería de 90 a 100 mm. Para una alimentación previamente triturada, el tamaño máximo de bola sería de 35 a 40 mm debido a la ausencia de partículas gruesas. En los últimos 20 años, los HPGR han sido empleados extensivamente en los circuitos de molienda de cemento debido, principalmente, a su mayor eficiencia en comparación a los molinos convencionales de dos compartimentos. La siguiente tabla muestra el consumo de energía de 5 circuitos de molienda de cemento que emplean unidades HPGR en diferentes aplicaciones (Aydogan, Ergün, y Benzer 2004).

Puede observarse que el consumo total de energía específica en el circuito se reduce cuando una porción grande de la razón de reducción se lleva a cabo mediante un HPGR. Los circuitos que emplean estas máquinas pueden obtener una mejora del 40% en la eficiencia de la molienda.

APLICACIONES: PREPARACIÓN DEL CARBÓN 1. INTRODUCCIÓN La preparación del carbón puede definirse como el procesamiento del carbón luego de que éste ha sido explotado (o sea, material run-of-mine (ROM)) para producir un producto final que alcance las especificaciones establecidas por el cliente. La preparación del carbón actúa como un puente entre la explotación y la utilización de éste (por ejemplo, combustión, producción de coque). En algunos casos, la preparación del carbón puede consistir de operaciones de trituración/dimensionamiento para producir las fracciones con el tamaño deseado. Los procesos de preparación del carbón son capaces de remover ciertas impurezas tales como roca estéril de la mina, esquistos bituminosos, y azufre pirítico.

1.1. Áreas de importancia La preparación del carbón puede categorizarse en cuatro áreas genéricas: (1) caracterización, (2) liberación, (3) separación, y (4) disposición (Brumbaugh y Luckie 1982). El carbón natural es una mezcla heterogénea que incluye a los componentes orgánicos y a una variedad de minerales formadores de ceniza. Debido a la variación que tiene el carbón de filón en filón o entre partes diferentes del mismo filón, éste debe ser caracterizado en función de sus propiedades físicas, debido a que éstas afectarán en cómo será su etapa de limpieza (Aplan 1988). La liberación involucra la reducción de tamaños del carbón natural (típicamente mediante una trituración) para reducir la cantidad de material mineralizado que se encuentre en las partículas de carbón.

2. CONTROL DEL TAMAÑO 2.1. Reducción de tamaños La reducción de tamaños comúnmente involucra la fragmentación primaria para reducir el tamaño máximo del material de la alimentación que está siendo procesado o la trituración secundaria del material del producto para producir un tamaño máximo como el que se requiere para su embarque. La fragmentación primaria involucra la reducción del material ROM hasta un tamaño máximo que varíe de 50 a 150 mm, típicamente usando un fracturador rotatorio (rotary breaker) o un dimensionador de tamaño (sizer). A pesar de que la reducción de tamaños libera en forma adicional material mineralizado a partir del material orgánico, también se producen finos extras, de modo que se evita una sobre trituración. Una etapa de trituración secundaria involucra la reducción del carbón limpio hasta un tamaño máximo menor a alrededor de 50 mm, típicamente empleando una trituradora con dos rolos.

2.2. Fracturadores rotatorios Este equipo consiste de un casco cilíndrico que rota, el cual posee aberturas en su perímetro para obtener el tamaño máximo deseado como producto. El carbón se introduce por un extremo, en donde es elevado y luego arrojado sobre el casco en movimiento, el cual consiste en placas de acero perforadas. La combinación del impacto contras las placas y la roca fragmenta al carbón a medida que éste mueve a lo largo de la longitud de la máquina (Edmiston y Daskivich 2009). El carbón fracturado sale a través de las aberturas, mientras que el material que no se fracturó (por ejemplo, roca, madera) es rechazado por el otro extremo. En consecuencia, además de la fractura del carbón también se produce la limpieza del mismo. En la siguiente tabla se muestran las típicas capacidades para los diferentes equipos.

2.3. Dimensionadores (sizers) Este equipo consiste de dos rolos dentados que rotan en contra corriente. El material con un sobretamaño es agarrado por los dientes, los cuales cortan a las partículas promoviendo la fractura a lo largo de los planos de debilidad. La velocidad lenta de los rolos minimiza la generación de finos y polvo, mientras el material fino pasa entre o alrededor de los rolos, reduciendo la generación de finos adicionales. La configuración de los dientes depende de la aplicación y del tamaño deseado como producto. Estas unidades pueden ser utilizadas tanto para una fracturación primaria como así también para una trituración secundaria. La capacidad del equipo depende de las características del mismo, tales como el diámetro y la longitud de los rolos, sobre el set de la descarga; y también de las características del carbón en la alimentación. A continuación de muestran las típicas capacidades para diversos “sizers”.

2.4. Trituradoras de rolos En una trituradora de dos rolos, el carbón pasa entre dos rolos que rotan a contra corriente. A medida que el carbón pasa a través de la abertura, éste es comprimido y triturado, resultando en una reducción de tamaños. El set del gape puede ser ajustado para controlar el tamaño del producto. Estas unidades se utilizan comúnmente para reducir el tamaño máximo del carbón limpio hasta un tamaño nominal menor a 50 mm (2 pulgadas) previo a ser embarcado. La capacidad varía con el set de la descarga y la longitud del rolo (ancho). Los fabricantes a menudo producen unidades con rolos de diferentes y anchos. Las capacidades típicas para varios anchos de rolos y diversos tamaños de producto se muestran en la siguiente tabla.