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Clasificación en Harneros Rodrigo A. Ormeño
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Clasificación en Harneros
Rodrigo A. Ormeño
¿Qué es la Clasificación?
Definiciones y Terminología
Clasificación en Harneros
Harneros Estacionarios
Grizzly
Sieve Bend
Harneros Móviles
Parrilla Vibratoria, Trommel, Alta Velocidad
Harneros Vibratorios
Harneado en Húmedo
Eficiencia y Capacidad del Harnero
Modelación de un Harnero (según V. K. Karra)
¿Clasificación?
Clasificación de Tamaños Operación de
separación de partículas sólidas homogéneas de
tamaño o peso, ya sea por separación directa o por
sedimentación diferencial, a través de un fluido
(magne).
El proceso de clasificación es asociado
normalmente a la separación por tamaño, sin embargo,
en la separación directa existen otros aspectos como la
densidad y forma de las partículas que afectan al
proceso.
Harneado Sedimentación diferencial
de un fluido: esta se
demonima clasificación
hidráulica o neumática,
dependiendo del fluido
utilizado.
La clasificación se realiza por:
En procesamiento de minerales normalmente se emplea
la clasificación hidráulica, dejándose la clasificación
neumática para casos muy específicos en la industria
del cemento y de minerales no metálicos solubles.
En el Harneado, las
partículas se separan
principalmente de
acuerdo con su
dimensión y forma.
En la Clasificación
Hidráulica, se separan por
diferencias de tamaño,
densidad y forma; ya que
estas propiedades
afectan sus velocidad
relativas en el fluido.
Definiciones y Terminología
El proceso de Clasificación por tamaño se puede
representar por el siguiente esquema:
Tal como se observa, además lo podemos representar por
un flujo de alimentación (F), y un producto, que en la
mayoría de los casos está constituida por dos fracciones.
Una fracción integrada mayoritariamente por partículas
finas (U), que recibe el nombre de “bajotamaño” (en
hidrociclones “rebalse”).
Otra fracción, integrada minoritariamente de partículas
gruesas (C), que recibe el nombre de “sobretamaño”
(en hidrociclones “descarga”).
En una operación hipotética dónde la clasificación es
perfecta, los productos U y C, quedarán clasificados de
tal manera que C contenga todo el producto mayor
que un cierto tamaño Es evidente que esto no se
puede obtener en la realidad.
Aunque en el harneado el material que atraviesa
el harneado normalmente NO contiene partículas
de tamaño mayor a la abertura utilizada.
Esta imperfección (existencia de material desclasificado)
en los flujos de sobretamaño (descarga), permite
establecer el concepto de eficiencia de clasificación
(que se definirá más adelante).
Generalmente un clasificador opera en conjunto con un equipo de reducción de tamaño, en dónde el clasificador cierra el circuito.
El material proveniente del equipo de reducción de tamaño es llevado al clasificador, en dónde se separa en dos fracciones:
La fracción gruesa es
devuelta al equipo de
reducción.
La fracción fina
continua a la
próxima operación.
La finalidad de la combinación “equipos de reducción –
clasificación” es eliminar de la etapa de conminución lo
más rápidamente posible, todas aquellas partículas que
posean un tamaño adecuado, evitando así la sobre-
molienda del material.
Clasificación en Harneros
El Harneado (cribado) es una operación de clasificación
dimensional de granos sobre una superficie perforada
que dejan pasar los granos de dimensiones inferiores a
las dimensiones de la perforación, mientras que los
granos de dimensiones superiores son rechazados y
evacuados separadamente.
Idealmente las partículas mayores que las aberturas son
retenidas sobre la superficie, mientras que las partículas
menores pasan a través de las aberturas.
Objetivos del Harneado
1. Separar los fragmentos más gruesos contenidos en una
mezcla de material, ya sea para eliminarlos o para ser
enviados a una nueva etapa de chancado.
2. Separar los fragmentos más pequeños, como un
producto final o eliminarlos como desecho.
3. Clasificar los productos fragmentados en dimensiones
comerciales.
4. Clasificar los productos con vista a obtener
operaciones de tratamiento mecánico o físico-químico
antes de llevarlos a dimensiones homogéneas.
5. Extraer desde la alimentación a una chancadora,
aquel material que cumple con las especificaciones
del producto, de modo de aumentar la capacidad y
eficiencia de la maquina.
El harneado mecánico se basa en las oportunidades de
paso de una partícula a través de la superficie
clasificadora.
Estas “oportunidades” son función de la trayectoria de los
granos, la forma de las partículas, el espesor del
orificio, del número sucesivo de orificios que se puede
encontrar una partícula determinada, etc.
Condiciones de Harneado
En una condición de Harneado “ideal” (izquierda), las
partículas llegan al harnero de “a una”, en una
trayectoria normal a la superficie, con la menor
dimensión centrada en la abertura y deben atravesar
una superficie de espesor cero.
En una condición de Harneado “real” (derecha), las
partículas llegan amontonadas, con velocidad
apreciable, en una trayectoria paralela a la superficie…
… con su sección de mayor dimensión presentada hacia
la abertura y debiendo atravesar una superficie de
algún espesor.
Y es de esta forma, que en una operación “real”, las
partículas netamente más pequeñas que el orificio
pasan sin dificultad, en cambio, las partículas cuya
dimensión tiende a acercarse al tamaño de abertura,
tienen menos posibilidades de pasar.
Las oportunidades de pasar para una partícula de dimensión igual al 90% de la abertura, es aproximadamente del 1% para harnear la totalidad de las partículas de esta dimensión hace falta un mínimo de 100 aberturas sobre la trayectoria de una de estas partículas.
Se llaman “partículas difíciles” a aquellas cuya dimensión está comprendida entre 0.75 y 1.25 veces la abertura.
Con esta noción se puede definir la capacidad del harneado: como el valor del tamaño de alimentación, para el cual el harneado efectúa de forma satisfactoria la separación que ha sido prevista.
Factores que afectan la capacidad del
Harneado
1. El porcentaje de rechazos en el material a harnear.
2. El porcentaje de granos difíciles.
3. El contenido de humedad.
4. La forma de los granos.
¿Separación Perfecta?
Con respecto a la eficiencia del Harneado, hay que tener
presente que NO EXISTE separación industrial con
resultados perfectos, esto debido a que:
1. La longitud de los harneros se encuentra forzosamente
limitada.
2. Las superficies de harneado presentan tolerancias de
fabricación que no hacen más que incrementarse con
el desgaste.
3. Su deterioro accidental puede conducir a
perturbaciones sino son inmediatamente descubiertas.
4. Las trayectorias de los granos en las cercanías de las
superficies del harneado son paralelas a la superficie,
lejos de trayectorias normales, que son lo ideal.
5. Los aparatos usados en laboratorios para verificación
de las muestras harneadas no son de una perfección
total.
Los principios del harneado para cualquier aplicación
industrial son básicamente LOS MISMOS.
El material que se va a clasificar se deposita en la
superficie del harnero en un flujo continuo, al caer sobre
la superficie del harneado o sobre un chute, el material
pierde gran parte de la componente vertical de la
velocidad y cambia la dirección de su movimiento.
¿Cómo se clasifican los Harneros?
Harneros
Estacionarios Móviles
• Grizzlies
• Sieve Bend
• Trommels
• Harneros Vibratorios
Los más utilizados en plantas de procesamiento de minerales
…
Harneros Estacionarios.
Harneros de Barras o Grizzly.
Harneros Curvos o Sieve Bend.
Harneros Móviles.
Harneros Rotatorios.
Trommel.
Harneros Vibratorios.
Parrilla Vibratoria.
Harnero vibratorio de doble bandeja.
Harneros de Alta Velocidad.
Tipos de Harneros
Características:
Se usa para harneado de material de tamaño muy grueso.
Consiste en una serie de barras paralelas con abertura
de ancho constante en una marco montado.
Estas puede estar en sentido horizontal o inclinados, que mas
común, alrededor de 35º a 45º sobre la horizontal.
El flujo de mineral va en la misma dirección de las barras ya sea
para facilitar el flujo y reducir la obstrucción de las aberturas.
Harneros Estacionarios:Harneros de barras ``Grizzly``:
Frecuentemente las barras forman parte del fondo de un canal de paredes laterales que debe ser lo bastante alto para evitar caen sobre ellas, reboten algunos trozos y caigan al exterior.
Aplicación:
Preclasificar la alimentación a las chancadoras primarias.
Eficiencia de separación es baja, debido:
La velocidad de descenso de los trozos y a la falta de agitación en los tamaños críticos( 3/4 a 3/2 del tamaño de la abertura).
Harneros Estacionarios:Harneros de barras ``Grizzly``:
Harneros Estacionarios:Harneros de barras ``Grizzly``:
•Ejemplos:
Harneros Estacionarios:Harneros de barras ``Grizzly``:
•Ejemplos:
CMGF Alimentador
Vibratorio Grizzly (Para
piedra del Rio).
Harneros Estacionarios:Harneros de curvos ``Sieve Bend``:
Características:
Se utiliza para harneado húmedo de material fino.
Son de alta capacidad que utilizan una superficie de
harneado cóncava formada por barras en forma de cuña.
Consiste en una serie de barras paralelas con una abertura
de ancho uniforme, en el rango de 100 μm(150 mallas) a
12000μm, y que están a una ángulo recto con el flujo de
pulpa sobre superficie.
Harneros Estacionarios:Harneros de curvos ``Sieve Bend``:
La distribución de la alimentación se dispone de tal manera que el flujo de pulpa se dispone uniformemente en forma tangencial sobre todo al ancho del harnero.
La clasificación de ``Sieve Bend`` es independiente de la gravedad especifica de las partículas, por contrario de los hidráulicos.
Aplicación:
Principal, es en los circuitos de molienda donde es esencial evitar una sobremolienda.
En las plantas metalúrgicas, el rango es de 200 μm a 3000μm.
Harneros Estacionarios:Harneros de curvos ``Sieve Bend``:
•Ejemplos:Model CR/SB Sieve Bends.
Harneros Estacionarios:Harneros de curvos ``Sieve Bend``:
•Ejemplos:
Harneros Estacionarios:Harneros de curvos ``Sieve Bend``:
•Ejemplos:
Derrick Stainless Steel
Sieve Bend
Harneros Estacionarios:Harneros de curvos ``Sieve Bend``:
•Ejemplos:
Derrick Stainless Steel
Sieve Bend ( Vista lateral).
Harneros Estacionarios:Harneros de curvos ``Sieve Bend``:
•Ejemplos:
Pantallas superficiales de
Uretano.
Harneros Estacionarios:Harneros de curvos ``Sieve Bend``:
•Ejemplos:
Harneros Móviles:Harnero rotatorio ``Trommel``.
Características:
• Es uno de los dispositivos para harneado mas antiguo.
• Tiene una forma cilíndrica y gira este cuerpo entorno a
un eje axial( 40% de la velocidad critica) con una
pequeña inclinación( alrededor de 18º c/r del eje
horizontal).
• Se alimenta con material en el extremo del tambor y el
material bajotamaño para a través de las aberturas
mientras que el sobretamaño descarga en el extremo
opuesto. Este se puede procesar en seco o en
húmedo.
Harneros Móviles:Harnero rotatorio ``Trommel``.
• Estos dispositivo pueden tener distintas secciones de
tamaño de abertura, tratan materiales desde 55mm
hasta 6 mm y aun menor tamaño si se procesa en
húmedo.
Aplicaciones:
• Tratamiento de gravas, de productos de canteras, de
yacimientos aluvionales de oro y estaño.
Desventaja:
• Poca capacidad y se tapa o satura con facilidad.
Harneros Móviles:Harnero rotatorio ``Trommel``.
•Ejemplos:
Trommel Waste
Recycle Plant
And Sorting
Materials.
Harneros Móviles:Harnero rotatorio ``Trommel``.
•Ejemplos:
8x30 Trommel
Harneros Móviles:Harnero rotatorio ``Trommel``.
•Ejemplos:Modelo casero de
harnero Small
Trommel.
Harneros Móviles:Harnero rotatorio ``Trommel``.
•Ejemplos:Pantallas
Trommel
Uretano
•Ejemplos:Pantallas
Trommel
Uretano
Harneros Móviles:Harnero rotatorio ``Trommel``.
Harneros Móviles:Harnero rotatorio ``Trommel``.
•Ejemplos:Pantallas
Trommel
Uretano
Harneros Móviles:Harnero rotatorio ``Trommel``.
•Ejemplos:Pantallas
Trommel
Uretano
Harneros Móviles:Parrilla Vibratoria.
Características:
• Es similar a Grizzly, pero oscila en su totalidad por
efecto de tipo eléctrico o mecánico con baja
amplitud y alta frecuencia.
• Esta vibración facilita el desplazamiento de la carga a
lo largo de su superficie, por lo que trabajan con
inclinación menor.
Harneros Móviles:Parrilla Vibratoria.
Aplicación:
• Actualmente se utilizan como clasificadores de mineral
de descarga de molinos semiautógenos.
• Además, se utiliza para detener los „‟scrap`` de la
descarga de los molinos de bolas.
Harneros Móviles:Parrilla Vibratoria.
…
Harneros Vibratorios
Son los mas utilizados en plantas de procesamientos de
minerales.
La acción de un harnero vibratorio es presentar las
partículas repetitivamente en su superficie, que consiste
de un numero de aberturas de igual tamaño.
Por la vibración , el lecho de material sobre la
superficie del harnero tiende a desarrollar un lecho
fluido permaneciendo las partículas mas gruesas en la
parte superior , mientras que las mas pequeñas se
separan a través de los intersticios de las de mayor
tamaño, encontrando su trayectoria hacia el fondo del
cajón.
A esta característica de
orientación particular se le
denomina estratificación
por escurrimiento.
Para tomar la máxima ventaja de la estratificación , laprofundidad del lecho de material desde laalimentación hasta el final de la descarga (paraalimentación continua) debe ser razonable para laseparación de tamaño a realizar.
Para una alimentación dada el ancho del harnero esseleccionado para controlar esta profundidad del lechoy alcanzar la estratificación optima.
Una regla empírica general indica que la profundidad
del lecho en la descarga nunca debe ser mayor a
cuatro veces la abertura de la superficie del harnero ,
para un material de densidad aparente 100 lb/pie^3 , o
tres veces para un material de densidad 50 lb/pie^3.
Tipos de lechos en harneros
Los harneros vibratorios pueden ser usados en formacontinua o discontinua.
Discontinuo: las partículas son ubicadas sobre elharnero y vibradas un periodo de tiempo , siendo elnumero de oportunidades directamente proporcionalal tiempo de harneado.
Continuo: las partículas son continuamentealimentadas por la parte superior de un harneroinclinado y fluye a través de la malla influenciado porla gravedad. El numero de oportunidades esdirectamente proporcional a la longitud y ángulo deinclinación.
Eficiencia de separación de un harnero
a distintos flujos de alimentación
La probabilidad de que la partícula choque en lasuperficie del harnero o pase a través de las aberturasde este , es directamente afectada por la relación detamaño de la partícula y el de dicha abertura.
La mayor probabilidad de que la partícula pase através de la abertura existe cuando la abertura esmucho mas grande que el tamaño de partícula.
La menor probabilidad de que la partícula pase através de las aberturas existe cuando el tamaño de laabertura en mas pequeño que el tamaño de lapartícula.
La velocidad del flujo de material a través delas aberturas de la superficie del harnero
variara dependiendo del grado de
estratificación y de la probabilidad de paso.
Estratificación y separación de
partículas en el harneado
Harneros vibratorios
Consisten básicamente en una bandeja
rectangular de poco fondo , provista de fondos
perforados y que se hacen vibrar por distintos procedimientos .
Inclinaciones entre 0° a 35°.
Frecuencia entre 700 a 1000 ciclos por minuto con amplitudes de 1,5 a 6 mm.
El movimiento se efectúa en un ángulo con
respecto del plano del piso , debido a lo cual el
material rebota , en vez de resbalar sobre el piso.
El movimiento sirve tanto como para estratificar
el material como para trasladarlo.
Principales componentes de un harnero
vibratorio
Tipos de harneros vibratorios
Inclinados de dos descansos: el movimiento vibratorio esgenerado por unos pesos desequilibrados , colocadosen el eje del vibrador.
Inclinados de cuatro descansos: el movimiento escreado por la excentricidad mecanizada del eje ,el quele proporciona una amplitud positiva.
Los cuatro rodamientos están montados sobre el mismoeje en posición interna sujetos al cuerpo del harnero , ylos externos cada uno montado en carcazas soportes yfijas rígidamente a la base estructural de apoyo omontadas sobre un conjunto de brazos laterales queflotan libremente sobre amortiguadores de goma.
Horizontales: el movimiento del material solo se desarrolla
por la vibración del sistema .
La vibración se efectúa por la acción de dos ejes
excéntricos rotando en direcciones opuestas y
montados de tal manera que la línea de acción entre
ellos pasen por los centros de gravedad del montaje del
harnero.
Harneros de alta velocidad
Clasificación de materiales finos.
Velocidades de 1500 a 3000 ciclos por minuto, con
amplitudes de 4,8 mm y menores.
Tipo: inclinado de 2 o 4 rodamientos.
Los mecanismo vibratorios pueden ser electromecánicos
o electromagnéticos.
Harneado en húmedo
En el harneado en húmedo existe un fluido que
agregado a los sólidos forma una pulpa.
El fluido hace el trabajo , arrastrando o percolando los
finos a través de la superficie de la malla .
…
Eficiencia en Harneros
La eficiencia de un harnero esta determinado por el grado
de perfección de la separación del material en dos
fracciones: material grueso y material fino.
Existen dos métodos para determinar la eficiencia de un
Harnero
• 1 – Eficiencia de recuperación de Bajotamaño,“E”.
• 2 – Eficiencia de eliminación de Bajotamaño, “e”.
Para efectos de calculo:
Se alimenta F (ton/h) de material y se obtiene C (ton/h)
de material en la corriente de gruesos y U(ton/h) de
material en la corriente de finos. Llamemos f la fracción
de material sobretamaño en la alimentación, c la
fracción sobretamaño en la corriente de gruesos y u el
sobretamaño de la corriente de finos. f, c y u se pueden
determinar tamizando, suponiendo el tamiz 100%
eficiente en laboratorio.
1- Eficiencia de Recuperación de Bajotamaño.
Es decir: E(%)=100*(U(1-u)/F(1-f))
Suponiendo que el material grueso en la corriente de bajotamañoes muy pequeña, entonces suponemos u=0Luego E se reduce a: E=100*(c-f)/(c(1-f))
Asociación de Fabricantes de Harneros Vibratorios (VSMA).
2- Eficiencia de Eliminación de Bajotamaño.
e(%)= 100*(F*f)/C = 100*(u-c)*f/ (u-f)
Factores que afectan la eficiencia de un harnero.
1. Velocidad de alimentación: Velocidad del flujo sobre
el harnero y profundidad del lecho de material
2. Características del movimiento y pendiente
3. Humedad superficial del harnero.
4. Tipo de superficie de harneado y área y forma de las
aberturas
5. Naturaleza del material a harnear.
6. Porcentaje de material fino y porcentaje de material
de tamaño critico ( ¾ a 1.5 veces el tamaño de la
abertura) en la alimentación del harnero.
Capacidad del harnero
Hay dos enfoques básicos al calculo del tamaño de un
harnero necesarios para una determinada tarea de
separación: los métodos empíricos que se basan en
gráficos o tablas y los métodos basados en ensayos
realizados con el material real a tratar.
Método Empírico para la selección de
harneros
Formula Básica para calcular el área de harneado:
donde A es el área de la superficie de harneado, pie^2
T es la alimentación, ton cortas por horas
C es la capacidad empírica o en ton/h por pie^2 de sup.
F representa varios factores de corrección.
La capacidad empírica, C , está basada en:
1. Alimentación con un 25% de material sobretamaño
2. Alimentación con 40% de material medio tamaño
3. Densidad del material 100 lb/pie^3
4. 50% del área abierta en la superficie de harneado
para material de 51-100 lb/pie^3 , y 60%de área
abierta para material de menos 50 lb/pie^3
5. Material seco que puede fluir libremente, de forma
relativamente cubica.
6. Eficiencia máxima de harneado de 90%
Factores de Corrección (F=M K Q):
• M esta expresado como un porcentaje de la
alimentación al deck del harneado que es mayor de
que tamaño de la abertura del harnero. Este factor
equilibra la diferencia de porcentaje de sobretamaño
entre el valor al cual se establece el valor C
• K representa el porcentaje de alimentación al deck que
es la mitad del tamaño de la abertura de la superficie
de harneado. Compensa la diferencia en el % de
tamaño medio al cual es determinado el factor C.
• Q factor de corrección para la diferencia de C debido a
variaciones en que éste es obtenido y la aplicación que
se desea hacer.
Q es el producto de los siguientes factores:
• Q1: corrección por cambios en la densidad global del material.
• Q2: Corrección por la forma de las aberturas.
• Q3: Corrección por forma de las partículas
• Q4: Corrección por variación del área abierta del harnero
• Q5: Corrección por harneado en húmedo
• Q6: Corrección por humedad en harneado en seco
Cada uno de estos valores se obtiene desde gráficos y tablas construidas para el efecto.
Para calcular profundidad del lecho, D se utiliza la
siguiente ecuación:
D: profundidad del lecho en el punto de descarga, en plg.
Ts: Flujo de material sobretamaño, ton/h
K: Son los pies^3/ton de material (determinada al dividir
2000 lbs por la densidad aparente)
S: Velocidad de viaje del material, pie/min
W: Pies de ancho efectivo del harnero (ancho nominal
menos 6 plg)
Se debe chequear el espesor del material en el extremo
de descarga del harnero.
Este espesor no debe ser más de 4 veces la abertura del
harnero para un material que pesa 100 lb/pie^3. si este
valor se sobrepasa el material no podrá estratificar lo
suficiente.
Fijando un espesor máximo del lecho permite calcular el
ancho mínimo del harnero requerido para efectuar la
separación.
Este método calcula el área requerida de harneado
para una eficiencia de 90%. Para obtener máxima
eficiencia comercial ( 95%) en necesario agregar un 20
% al área de harneado. Esto hará funcionar al harnero
en el tope de la curva de eficiencia. .
Efecto del porcentaje de la
capacidad de procesamiento
en la eficiencia de clasificación
del harnero.
Modelos Matemáticos
a) Modelos probabilísticos, que se basan en predecir
la probabilidad de paso de una partícula a través de la
abertura de la malla.
b) Modelos cinéticos, que consideran la velocidad de
transporte de las partículas sobre el harnero.
c) Modelos empíricos basados en la capacidad,
normalmente usados por los proveedores de harneros
para una aplicación especifica.
Modelos Probabilísticos:
La base de los modelos probabilísticos es el modelo de
Gaudin, que describe la probabilidad de paso a través
de la malla, de una partícula en un intento. Para una
partícula esférica de diámetro x, una abertura h y un
diámetro del alambre d, la probabilidad de paso p
queda:
La ecuación para la fracción de partículas de tamaño x
de la alimentación que son enviadas al flujo de sobre-
tamaño (no valida para finos ni gruesos) es:
donde f0 es el área de los huecos, N es un parámetro de
eficiencia proporcional al número de intentos (veces
que la partícula se presenta a la malla) y k es un
parámetro de ajuste. Este es el modelo que utiliza el
simulador JKSimMet.
Modelos cinéticos
W(dp,l) es el flujo másico de material de tamaño dp a la
distancia l de la alimentación por unidad de ancho del
harnero y r(dp) es la velocidad de transmisión de ese
tamaño.
Modelos basados en la capacidad
Los modelos basados en la capacidad calculan ésta
suponiendo que es directamente proporcional al área
del harnero. El modelo de capacidad se usa
principalmente para dimensionar harneros.
Un ejemplo de modelo de capacidad es el modelo de
Karra.
El modelo de Karra se basa en el concepto de abertura
efectiva de la malla para calcular el rendimiento del
harnero.
Referencias
Diseño y Simulación de circuitos de Molienda y
Clasificación, Fernando Concha y Leonard Austin
Procesos de Conminución, Luís Magne y Gilda Titichoca
Modelación Matemática de Harnero Vibratorio de la
empresa SQM Salar, memoría de título de Christian Gross
fin
