Apuntes de concentracion de minerales ii o pavez-11ago13

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  1. 1. CONTENIDOS INTRODUCCIN Caractersticas Generales de la Separacin por Gravedad Criterio de Concentracin Separadores de Concentracin Gravitacional Clasificacin de los Mtodos Gravitacionales SEPARACIN EN MEDIOS DENSOS Introduccin Medios Densos SEPARACIN EN CORRIENTES VERTICALES SEPARACIN EN CORRIENTES LONGITUDINALES Introduccin Separacin por Escurrimiento Laminar Mesas vibratorias Espirales Vanners Escurrimiento en Canaletas Introduccin Canaletas simples Canaletas estranguladas Concentracin de cono Reichert CONCENTRADORES CENTRFUG
  2. 2. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
  3. 3. Concentracin Gravitacional INTRODUCCIN Caractersticas Generales de la Separacin por Gravedad Los mtodos de separacin por gravedad (concentracin gravitacional) se usan para tratar una gran variedad de materiales, que varan desde los sulfuros metlicos pesados como la galena hasta el carbn, en algunos casos con tamaos de partculas inferiores a 5 micrones. Los mtodos de separacingravitacional perdieron importancia en la primera mitad del siglo debido al desarrollo del proceso de flotacin en espuma. Sin embargo, la separacin por gravedad ha tenido avances muy significativos en los ltimos aos incrementndose su aplicacin notoriamente. Este tipo de separacin permanece como el principal mtodo de concentracin para menas de oro, estao y otros minerales de alto peso especfico. Los mtodos de concentracin gravitacional cuando pueden ser aplicados son preferidos en relacin a los procesos de flotacin debido a que los costos favorecen su uso y adems son menos contaminantes del medio ambiente. Los minerales que se liberan con tamao superior a las dimensiones aceptadas en el proceso de flotacin se pueden concentrar an ms econmicamente usando los mtodos gravitacionales. La concentracin por gravedad es, esencialmente, un mtodo para separar partculas de minerales de diferente peso especfico debido a sus diferencias de movimiento en respuesta a las acciones que ejercen sobre ellas, simultneamente, la gravedad u otras fuerzas. Se acepta generalmente que la concentracin por gravedad es el ms sencillo y ms econmico de los mtodos de concentracin. El uso de este tipo de separacin est recomendado siempre que sea practicable porque permite la recuperacin de mineral til en un orden de tamaos tan gruesos como sea posible, reduciendo los costos inherentes a la reduccin de tamao y disminuyendo las prdidas asociadas a estas operaciones. En general, los mtodos de separacinpor gravedad se agrupan en tres categoras principales: a) Separacin por medios densos, en el cual las partculas se sumergen en un bao que contiene un fluido de densidad intermedia, de tal manera que algunas partculas floten y otras se hundan; b) Separacin por corrientes verticales, en la cual se aprovechan las diferencias entre velocidades de sedimentacin de las partculas pesadas y livianas, como es el caso del c) Separacin en corrientes superficiales de agua o clasificacin en lmina delgada, como es el caso de las mesas concentradoras y los separadores de espiral.
  4. 4. Cuantas ms pequeas son las partculas, ms fuertes son, con relacin a la gravedad, las fuerzas hidrulicas y de viscosidad, por lo cual el rendimiento de la separacin por gravedad decrece bruscamente en los intervalos de tamao fino. Para superar estos problemas en los ltimos aos se han desarrollado equipos de concentracin basados en la fuerza centrfuga, los cuales permiten que la separacin de las partculas finas tenga lugar en un campo de concentracin de varias G. Entre estos equipos centrfugos se destacan los concentradores Knelson, Falcon, el jig centrfugo Kelsey y el concentrador Multi-Gravity Separator.
  5. 5. Criterio de Concentracin El criterio de concentracin (CC) es usado en una primera aproximacin y entrega una idea de la facilidad de obtener una separacin entre minerales a travs de procesos gravitacionales, sin considerar el factor de forma de las partculas minerales. El criterio de concentracin originalmente sugerido por Taggart, con base en la experiencia industrial aplicado a la separacin de dos minerales en agua, es definido por la siguiente expresin: CC = (Dh Df)/(Dl Df) Donde: Dh = densidad del mineral pesado. Dl = densidad del mineral liviano. Df = densidad del agua. La tabla 1 muestra la relacin entre el criterio de concentracin y la facilidad de realizar una separacin gravitacional. Tabla 1. Significado del criterio de concentracin (CC). CC Significado > 2,5 Separacin eficiente hasta 200 mallas 2,5 1,75 Separacin eficiente hasta 100 mallas 1,75 1,50 Separacin posible hasta 10 mallas, sin embargo es difcil 1,50 1,20 Separacin posible hasta , sin embargo es difcil De acuerdo a algunos investigadores, el criterio de concentracin puede ser muy til si la forma de las partculas fuera considerada, en caso contrario, sorpresas desagradables en cuanto a la eficiencia del proceso se pueden verificar en la prctica. De cualquier modo, la tabla 1 indica la dificultad de alcanzar una separacin eficiente cuando se tratan fracciones inferiores a 200 mallas (74 micrones). Debe sealarse, que el criterio de concentracin fue sugerido en base a equipamientos que operan bajo la fuerza de gravedad, por lo tanto, la introduccin de la fuerza centrfuga ampla la posibilidad de una separacin ms eficiente con materiales finos y ultrafinos.
  6. 6. Separadores de Concentracin Gravitacional Muchas mquinas diferentes se disearon y construyeron para efectuar la separacin de los minerales por gravedad y se examinan con detalle en los textos ms antiguos de procesamiento de minerales. El proceso de separacin en medio denso (SMP) se utiliza ampliamente para preconcentrar material triturado antes de la molienda. Para la operacin eficiente de todos los separadores por gravedad se requiere que la alimentacin est cuidadosamente preparada. La molienda es particularmente importante, pero las partculas de la alimentacin deben tener el mayor tamao compatible con una liberacin adecuada, en la mayora de las operaciones se necesita la remolienda de los productos medios (middlings). La molienda primaria se realiza en molinos de barras en circuito abierto siempre que sea posible, pero si se necesita molienda fina, se efecta una molienda en molinos de bolas en circuito cerrado, de preferencia el circuito se cierra con harneros para reducir la remolienda selectiva de los minerales pesados. Los separadores por gravedad son extremadamente sensibles a la presencia de lamas (partculas ultrafinas), las cuales aumentan la viscosidad de la pulpa y por consiguiente el grado de separacin, confundiendo el punto de corte visual. En la mayora de los concentradores por gravedad, es prctica comn eliminar de la alimentacin las partculas menores que 10 micrones y desviar esta fraccin hacia las colas, lo cual ocasiona una considerable prdida de valores. Muchas veces el deslamado se realiza mediante el uso de hidrociclones, pero si se emplean clasificadores hidrulicos para preparar la alimentacin, es preferible deslamar en esa etapa ya que las fuerzas de corte que se producen en los hidrociclones tienden a degradar los minerales quebradizos. Aunque la mayor parte del transporte de la pulpa se realiza por medio de bombas centrfugas y tubera, el flujo natural por gravedad se aprovecha mientras sea posible. As muchas de las antiguas concentradoras por gravedad se construyeron sobre las laderas de cerros para lograr este objetivo. La reduccin del bombeo de lodo a un mnimo, no slo reduce el consumo de energa, sino que tambin reduce la produccin de lamas en el circuito. Las velocidades de bombeo de la pulpa deben ser tan bajas como sea posible y compatible con el mantenimiento de los slidos en suspensin. Uno de los aspectos ms importantes en la operacin de los circuitos gravitacionales es el correcto balance de agua dentro de la planta. Casi todas las concentradoras por gravedad tienen una densidad ptima de pulpa en la alimentacin, siendo indispensable el control preciso de la densidad de pulpa en la alimentacin fresca al proceso. Normalmente en la mayora de las plantas es necesario recircular el agua, as se provee la capacidad adecuada del espesador y del cicln resultando conveniente la minimizacin de la formacin de lamas en el agua recirculada. Si la mena contiene una apreciable cantidad de minerales sulfurados, entonces si la molienda primaria es ms fina que alrededor de 300 micrones, se deben extraer por una flotacin previa a la concentracin por gravedad, ya que estas partculas reducen el rendimiento de las mesas concentradoras, espirales, etc.
  7. 7. Si la molienda primaria es demasiada gruesa para efectuar una flotacin efectiva de los sulfuros, entonces el concentrado por gravedad se remuele antes de extraer los sulfuros. Las colas de la flotacin de los sulfuros normalmente se limpian mediante concentracin por gravedad. En muchas oportunidades el concentrado final obtenido mediante concentracin gravitacional se limpia por separacin magntica, lixiviacin, o algn otro mtodo, para eliminar la presencia de minerales contaminantes. Clasificacin de los Mtodos Gravitacionales Los mtodos gravitacionales se pueden dividir en: a) Mtodos de concentracin en medio denso, cuando la densidad del medio es intermedio a las densidades de las especies que se quieren separar; y b) Mtodos de concentracin en corrientes, cuando la densidad del medio es inferior a las densidades de las especies que se quieren separar. Los mtodos de concentracin en medio denso pueden ser estticos o dinmicos. Los mtodos de separacin en corrientes pueden ser por corrientes verticales, corrientes longitudinales (escurrimiento laminar o escurrimiento en canaletas) y corrientes oscilatorias. En la figura 1.1 se presentan las caractersticas de concentracin de los mtodos de separacin en corrientes. Figura 1.1. Caractersticas de concentracin de los mtodos de separacin en corrientes.
  8. 8. SEPARACIN EN MEDIOS DENSOS Introduccin La separacin en medio denso consiste en separar slidos en funcin de sus densidades usndose como medio un fluido de densidad intermedia, donde el slido de densidad ms baja flota y el de densidad ms alta se va al fondo (se hunde). Los medios densos usados son: lquidos orgnicos, solucin de sales en agua y ms comnmente suspensiones de slidos de granulometra fina en agua. La separacin en medio denso se divide en dos mtodos bsicos: esttico y dinmico. En el sistema esttico se emplean aparatos concentradores con recipientes de varias formas, donde la separacin se realiza en un medio relativamente tranquilo bajo la influencia de simples fuerzas gravitacionales, en este sistema la nica fuerza actuante es la fuerza de gravedad. La separacin en los sistemas estticos se realiza en estanques, tambores, conos y vasos. En las figuras 2.1 y 2.2 se presentan las caractersticas de operacin de los separadores de tambor. La separacin dinmica se caracteriza por el uso de separadores que emplean fuerzas centrfugas 20 veces mayores que la fuerza de gravedad que acta en la separacin esttica. En la figura 2.3 se muestran los separadores en medio denso Dyna Whirlpool y cicln de medio denso, los cuales aplican un mtodo dinmico de separacin. Tericamente, cualquier tamao de partcula puede ser tratada por medio denso. Prcticamente, en la separacin esttica se trabaja en un rango granulomtrico de 150 mm (6) a 5 mm (1/4), pudindose tratar tamaos de hasta 35,6 cm (14). Por otra parte, en la separacin dinmica el tamao mximo tratable vara de 50 mm (2) a 18 mm (3/4) y el mnimo de 0,5 mm (28 mallas) a 0,2 mm (65 mallas). En general, se puede sealar que existiendo una diferencia de densidad entre las partculas tiles y la ganga, no hay lmite de tamao superior, excepto el que determina la capacidad de la planta para manejar el material. En la separacin en medio denso es posible trabajar con menas en la que los minerales estn regularmente unidos. Si los minerales valiosos estn finamente diseminados, no se puede desarrollar una diferencia apropiada de densidad entre las partculas que han sido trituradas por la aplicacin de una etapa de chancado grueso.
  9. 9. Figura 2.1. Caractersticas de los separadores de tambor observadas desde dos posiciones diferentes.
  10. 10. Figura 2.2. Separadores de tambor, mostrndose la foto del equipo y el proceso de concentracin de metales no ferrosos.
  11. 11. Medios Densos El lquido ideal para utilizar como medio denso es aquel que tiene las siguientes propiedades: barato, miscible en agua, estable, no txico, no corrosivo, de baja viscosidad y que tenga densidad ajustable en un gran intervalo. Como no existe un lquido ideal, se han desarrollado y usado comercialmente varios medios densos para separar minerales tiles de los estriles. Prcticamente, un medio denso se debe caracterizar por lo siguiente: a) barato en el local de uso; b) estable fsicamente, para que no se descomponga ni se degrade en el proceso; c) fcilmente recuperable, pera ser reutilizado; d) qumicamente inerte, para no atacar ciertos minerales; e) fcilmente removible de los productos de separacin; f) tener baja densidad; y g) tener la estabilidad que pueda mantenerse en el intervalo de densidad requerida. Tres tipos de medios densos son usados comercialmente: lquidos orgnicos, sales disueltas en agua y suspensiones de slidos de granulometra fina en agua. Lquidos orgnicos. Estos lquidos tienen baja viscosidad, son estables y prcticamente inmiscibles en agua. Su aplicacin industrial es limitada debido a que se descomponen qumicamente, son txicos, corrosivos y de costo elevado. Los lquidos ms usados son : yoduro de metileno (D = 3,32 g/cm3); tetrabromoetano (D = 2,96 g/cm3); bromoformo (D = 2,89 g/cm3); pentacloroetano (D = 1,67 g/cm3); tetracloruro de carbono (D = 1,50 g/cm3). Algunos lquidos se pueden mezclar con tetracloruro de carbono y dar una variedad de densidades menores. Suspensiones de slidos. Son los lquidos densos ms utilizados en la industria. Se definen como lquidos en los cuales slidos insolubles se dispersan manteniendo sus caractersticas de fluidez. El agua se utiliza como el lquido de las suspensiones. Los factores principales que se consideran en la eleccin del slido para las suspensiones, son los siguientes: a) dureza alta; b) peso especfico alto; c) estable qumicamente, resistente a la corrosin; d) sedimentacin lenta y viscosidad adecuada; e) distribucin granulomtrica, tamao y forma de las partculas. Los materiales normalmente usados para las suspensiones son: arcillas, cuarzo, barita, magnetita, galena, hierro-silicio molido o atomizado y plomo atomizado. El hierro-silicio es el material ms utilizado en las suspensiones, pudindose alcanzar densidades de hasta 3,5 g/cm3. Las mezclas Fe-Si tienen entre 15 a 22 % de Si pueden ser usadas molidas y atomizadas y se recuperan por separacin magntica de baja densidad. Las mezclas con menos de 15 % de Si se cubren rpidamente de Fe, mientras que a partir de 22 % de Si se tornan muy dbil magnticamente. En la tabla 2.1 se presenta la granulometra de medios densos tpicos de mezclas de Fe-Si. Recuperacin del medio denso. Los materiales usados en las suspensiones por su apreciable valor y por el alto costo de su preparacin deben ser recuperados para su reutilizacin. En la figura 2.4 se presenta un esquema general de recuperacin del medio denso. Algunas aplicaciones de los medios densos son las siguientes:
  12. 12. Produccin de un concentrado final: carbn y algunos minerales industriales. Preconcentracin: diamante, sulfuros y xidos metlicos. Tabla 2.1. Distribucin granulomtrica de medios densos correspondiente a mezclas tpicas de hierro-silicio. Tamao (micrones) 65 D molido (%) 100 D molido (%) 150 D molido (%) 270 D molido (%) Fino Normal atomizado (%) Cicln 60 atomizado (%) Cicln 40 atomizado (%) + 210 1 - - - 1 - - -210/+150 2 - - - 7 - - -150/+105 5 1 1 - 10 2 - -105/+74 12 4 1 - 15 5 2 -74/+44 35 30 23 10 22 20 8 -44 45 65 75 90 45 73 90
  13. 13. Figura 2.4. Circuito de recuperacin del medio denso.
  14. 14. SEPARACIN EN CORRIENTES VERTICALES A pesar que en estos mtodos tambin estn presentes las fuerzas de separacin de corrientes longitudinales, los efectos causados por corrientes verticales les confieren caractersticas propias por eso se estudian separadamente. Uno de los equipos que es representativo de la separacin por corrientes verticales es el jig. El jig se utiliza normalmente para concentrar material relativamente grueso y si la alimentacin es adecuada y se encuentra bien clasificada por tamaos, no es difcil alcanzar una buena separacin en los minerales con una gama medianamente limitada de densidad relativa entre el mineral til y los estriles. Cuando la densidad relativa es grande, es posible alcanzar una buena separacin en un rango granulomtrico ms amplio. Las industrias del carbn, estao, tungsteno, oro, bario y menas de hierro, operan muchos circuitos con jigs de gran tamao. Estos equipos con una alimentacin clasificada tienen una capacidadrelativamente alta y pueden alcanzar buenas recuperaciones hasta tamaos granulomtricos de 150 micrones, y recuperaciones aceptables hasta 75 micrones. La presencia de altas cantidades de arenas finas y lamas dificultan el tratamiento, por lo cual el contenido de finos debe ser controlado para conseguir ptimas condiciones de operacin. SEPARACIN EN CORRIENTES LONGITUDINALES Corrientes longitudinales aplicadas a partculas en sedimentacin producen al movimiento de cada un movimiento longitudinal. Durante la sedimentacin, las partculas trazan trayectorias diferentes de acuerdo con el tiempo a que quedan expuestas a las corrientes longitudinales. Las partculas mayores y de mayor peso especfico tienen mayor velocidad de cada, y sedimentan en primer lugar, prximo al punto de la alimentacin. Las partculas menores y ms livianas sufren mayor accin de transporte longitudinal, y son depositadas ms lejos. Otras partculas son depositadas de acuerdo con sus velocidades de cada, que dependen de sus tamaos y pesos especficos. Partculas de tamaos y pesos especficos diferentes pueden depositarse en el mismo lugar, si obedecen lo sealado anteriormente. En la separacin por corrientes longitudinales son observados dos tipos de escurrimientos: el escurrimiento laminar y el escurrimiento en canaletas. Entre los principales equipamientos en los cuales la concentracin se realiza en rgimen de escurrimiento laminar, se destacan las mesas vibratorias, las espirales y los vanners. Adems de estos equipamientos, se puede citar, entre otros, la mesa de Bartles-Mozley. Esta mesa, se emplea para la concentracin de minerales finos (entre 100 micrones a 5 micrones, pudiendo llegar, a 1 micrn) esta constituida de 40 superfcies planas superpuestas y espaciadas entre s, siendo la alimentacin distribuida igualmente para cada plano. En la figura 4.1 se muestra la meas de Bartles-Mozley. Por otra parte, la separacin mediante rgimen de escurrimiento en canaletas se presenta en canaletas simples, canaletas estranguladas y cono Reichert.
  15. 15. Separacin por Escurrimiento Laminar Mesas vibratorias Las mesas vibratorias son equipamientos de concentracin que actan a travs de superficies con movimientos acelerados asimtricos, combinados muchas veces con el principio de escurrimiento laminar. CONCENTRADORES CENTRFUGOS El uso de la fuerza centrfuga para aumentar la velocidad de sedimentacin de partculas ha sido aplicada con xito desde hace muchos aos para la clasificacin (centrfuga de sedimentacin e hidrocicln) y filtrado (centrfuga de filtracin). El uso de la fuerza centrfuga para mejorar la eficiencia de la concentracin gravitacional de finos sera, de modo anlogo, tericamente posible, y fue motivada por la prdida elevada de valores minerales asociados a las fracciones finas. La operacin de los concentradores centrfugos se basa en el principio de aumentar el efecto gravitacional con el propsito de conseguir una mayor eficiencia en la recuperacin de las partculas finas. Separadores centrfugos fueron desarrollados en la Unin Sovitica en los aos 50 y tambin fueron empleados en la China por veinte aos para el tratamiento de relaves de menas de estao y tungsteno. Solo despus se prest mayor atencin al potencial de estos equipos en el Occidente. La utilizacin de concentradores centrfugos para el beneficiamiento de menas aurferas fue una novedad tecnolgica introducida en la dcada del 80 en el Occidente. Fueron empleados inicialmente con menas aluvionares, posteriormente tuvieron su aplicacin extendida a menas primarias. La versatilidad de los concentradores centrfugos incluye: Modelos de capacidad variable. Porcentaje de slidos en peso de la alimentacin que vara de 20% a 40%. Mayor posibilidad de recuperacin de finos, si se comparan con equipamientos convencionales de concentracin gravitacional. Tienen un costo relativamente bajo de operacin y de mantencin. Estas caractersticas asociadas al costo relativamente bajo de la operacin y de la mantencin, pueden explicar la larga diseminacin de ese tipo de concentradores en la industria minera a nivel mundial. Merecen destaque los concentradores centrfugos Knelson, Falcon, el jig centrfugo Kelsey y el concentrador Multi-Gravity Separator.
  16. 16. Aplicaciones en Oro de los Concentradores Centrfugos Dependiendo de las caractersticas en que se presente el oro, los concentradores centrfugos se utilizan en las siguientes situaciones: Cuando los muestreos de un depsito aluvial indican presencia de oro libre. Cuando las pruebas metalrgicas han confirmado la presencia de oro libre en circuitos de roca dura. Cuando se ha detectado la presencia de oro en las colas de los procesos de molienda. Cuando se ha detectado una alta cantidad de oro en la carga circulante. Un concentrador centrfugo no debe usarse para recuperar oro en los siguientes casos: si el oro es refractario; si el oro est encapsulado; si el oro no se encuentra en su estado libre (a menos que la gravedad especfica global de la partcula que contiene el oro es alta en relacin a la ganga). En relacin a los circuitos de concentracin de oro, los concentradores centrfugos se aplican en los siguientes casos: En el tratamiento de un placer con oro aluvial. En un circuito primario de molienda de roca dura. En la recuperacin de oro como subproducto en circuitos de molienda de minerales metlicos. En la recuperacin de oro de concentrados de flotacin. En la recuperacin de oro de un retratamiento de colas. En la recuperacin de oro para elevar la ley del concentrado. En la recuperacin secundaria de oro y metales de alta gravedad especfica como plata, mercurio y platino.
  17. 17. Figura 2.3. Separadores en medio denso que aplican mtodo dinmico de separacin: el Dyna Whirloop y el cicln de medio denso.
  18. 18. El jig es un aparato que permite alcanzar mejores resultados cuando se tratan menas de un estrecho rango granulomtrico. Este equipo se aplica a menas de granulometra entre 5 pulgadas y 1 mm, obtenindose rendimiento superiores en fracciones granulomtricas gruesas. El proceso de separacin con jig es probablemente el mtodo de concentracin gravitacional ms complejo, por causa de sus continuas variaciones hidrodinmicas. En este proceso, la separacin de los minerales de densidades diferentes es realizada en un lecho dilatado por una corriente pulsante de agua, produciendo la estratificacin de los minerales. En el caso de los jigs las corrientes verticales son generadas por el movimiento de pulsacin del agua, al contrario de los elutriadores donde la corriente vertical se genera por una inyeccin de agua. Los jigs de parrilla fija se pueden dividir en: Jigs de pistn, en los cuales el movimiento de pulsacin es producido por un pistn ubicado en un estanque de agua. Jigs de diafragma, en los cuales las pulsaciones son producidas por movimientos alternados de una pared elstica del propio estanque. Jigs pulsadores, en los cuales las pulsaciones son producidas por chorros discontinuos peridicos del agua y del aire. En la figura 3.1 se presentan los tipos de jigs de lecho fijo. Hay diferentes tipos de jigs, los cuales difieren por la geometra, accionamiento, y otros detalles de construccin. A pesar de la gran variedad de jigs se puede decir que ellos se componen de los siguientes elementos bsicos:
  19. 19. Figura 3.1. Tipos de jigs de lecho fijo.
  20. 20. Una caja fija, en cuyo interior el medio fluido sufre el movimiento de impulsin y succin. Un mecanismo de accionamiento, generalmente compuesto de motor, pistn, sistema de lubricacin, etc. Una criba para mantener el lecho. Un sistema de descarga del flotado y del hundido. En cuanto al sistema de accionamiento, existen jigs con accionamiento mecnico, hidrulico-mecnico, hidrulico y neumtico. Varios factores ejercen influencia en la estratificacin obtenida en un jig, entre estos se pueden sealar el tipo de lecho, distribucin de la mena, distribucin del agua, frecuencia, amplitud, etc. Segn Gaudin, tres son los efectos principales que contribuyen a la estratificacin en los jigs: Clasificacin por cada retardada. Aceleracin diferencial en el inicio de la cada. Consolidacin intersticial al final de la cada. Accin de cada retardada. Si se considera una mezcla de partculas en una columna hidrulica, donde existen corrientes ascendentes en su interior, la fuerza de gravedad ejercida en las partculas ser en direccin contraria a la fuerza producida por estas corrientes. As, las partculas se dividen en dos categoras : aquellas en que la fuerza de gravedad es mayor que la impuesta por la corriente ascendente, y que por lo tanto sed acumularn en el fondo y las que, por el contrario, no tienen esta fuerza gravitacional, y sern arrastradas por la corriente. Estas partculas en sedimentacin pueden an chocar entre s, alternando el rgimen de cada libre para cada retardada. Este es el caso del jig. Debe recalcarse que la razn de separacin es mayor en condiciones de cada retardada que en cada libre. Aceleracin diferencial en el inicio de la cada. Cada partcula tendr al inicio de la cada un determinado valor de aceleracin, que puede ser determinado por la ecuacin: m dv/dt = mg mg R(v) donde: m = masa de la partcula m = masa del lquido desplazado g = aceleracin de gravedad R(v) = resistencia del medio al movimiento de la partcula En el inicio del movimiento R(v) = 0, luego: dv/dt = (m m/m)g debido a que la partcula y el fluido desplazado tienen igual volumen:
  21. 21. dv/dt = (1 Df/Ds)g Ds y Df son las densidades del slido y del fluido, respectivamente. Se puede apreciar que la aceleracin inicial depende del valor de la densidad del slido y del fluido. La distancia recorrida por las partculas en el jig depende mucho ms de las aceleraciones iniciales (velocidades iniciales) que de las velocidades terminales. Esto significa que las partculas estarn ms afectadas por la aceleracin inicial que por su velocidad terminal, es decir, sern ms afectadas por su densidad, que por su tamao. As, si se quiere separar partculas minerales pequeas (pero pesadas) de partculas grandes (pero livianas), se necesita un jig de ciclo corto ya que en cada pulso un inicio de un nuevo periodo de cada. Consolidacin intersticial al final de la cada. Las diferentes partculas de la misma especie o especies diferentes no recorren las mismas distancias durante cada uno de los periodos de la cada a que son sometidas. Ellas tambin alcanzan un estado de reposo en diferentes instantes. Existe un espacio de tiempo en que las partculas pequeas estn depositadas sobre el lecho de las partculas gruesas, las cuales estn compactadas unas a otras, incapaces de moverse, mientras que las pequeas estn libres. Las partculas pequeas se depositan en los intersticios entre las partculas gruesas, as, la consolidacin intersticial permite que los granos pequeos, pesados, se muevan a travs de los intersticios, inclusive despus que el lecho inicie su compactacin. La recuperacin de las partculas finas depende de la duracin del ciclo de consolidacin. En la figura 3.2 se presentan los tres mecanismos bsicos del jig aplicado a partculas esfricas. En la figura 3.3 se muestra el funcionamiento del jig Denver. En resumen, en el jig gran parte de la estratificacin supuestamente ocurre durante el periodo en que el lecho est abierto, dilatado, y resulta de la sedimentacin retardada, acentuada por la aceleracin diferencial. Estos mecanismos colocan los granos finos/livianos arriba y los granos gruesos/pesados en el fondo del lecho. La consolidacin intersticial, durante la succin, pone las partculas finas/pesadas en el fondo y las gruesas/livianas en la parte superior del lecho. Los efectos de impulsin y succin, si se ajustan adecuadamente, deben resultar en una estratificacin casi perfecta, segn la densidad de los minerales. En la figura 3.4 se presenta el efecto que produce el lecho abierto y el lecho cerrado en la separacin del jig. La distribucin de flujos y slidos en el jig comprende bsicamente tres capas : capa superior, capa rougher (desbastadora) y capa separadora. La capa superior es una capa transportadora, fina y fluida, responsable por el esparcimiento de la alimentacin (de manera que todas las partculas alcancen la capa desbastadora) y por la rpida eliminacin de lamas y otros materiales no deseados. La capa rougher (desbastadora), es aquella en la cual las partculas livianas son inmediatamente eliminadas para la capa superior y las partculas de densidad indeterminada son rpidamente pasadas a la capa separadora, la cual acepta y deja pasar las partcula pesadas y elimina los medios. En la figura 3.5 se muestran las diferentes capas en el funcionamiento del jig
  22. 22. Figura 3.2. Los tres mecanismos bsicos del jig aplicado para cuatro partculas esfricas.
  23. 23. Figura 3.3. Funcionamiento del jig Denver.
  24. 24. Figura 3.4. El efecto que produce el lecho abierto y el lecho cerrado en la separacin del jig. Lecho cerrado, solamente consolidacin intersticial. Lecho abierto, las partculas grandes y pesadas pasan a travs del l. Figura 3.5. Distribucin de flujos y slidos en el jig, mostrndose la capa superior, la capa rougher (desbastadora) y la capa separadora.
  25. 25. Los lechos utilizados en el jig pueden ser de varios materiales y de formas diferentes. Los lechos pueden ser de bolas de acero, de hierro, de mena o de material con densidad intermedia. En general, se deben tener los siguientes cuidados: El lecho no debe tener una alimentacin de partculas de tamao inferior a la criba, ni de tamao prximo a la dimensin de la abertura de sta. Un lecho formado por partculas grandes puede tener el inconveniente de no desplazarse cunado se produce un impulso ascendente, anulando el efecto de jigagen. La altura del lecho, cuando es muy pequea, puede producir un efecto de turbulencia que perturbar el movimiento alternado de impulsin y succin. De modo general, cuanto ms fina es la alimentacin, ms espesa es la capa del lecho. En relacin a la criba, la abertura mnima de sta debe ser igual a dos veces el tamao mximo de la partcula de la mena que se va a concentrar, para evitar el entupimiento de las aberturas. Se recomienda una abertura igual a tres veces el tamao de la partcula mayor, entendida sta como el tamao de partcula cuyo porcentaje retenido acumulado sea 5 %. Las cribas son de acero, goma o poliuretano. Aplicaciones de los jigs. Actualmente, la mayora de los jigs actan en el tratamiento primario de menas de aluvin o placer y en la preparacin de carbn. En el primer caso, la ley del mineral valioso es muy baja y muchas veces no es posible el levantamiento de balances de masa que permitan la determinacin de la eficiencia del proceso. En el tratamiento de menas de estao y oro, el tamao mximo est normalmente entre 10 a 20 mm, a pesar de ser remota la ocurrencia de materiales de estas dimensiones. En el tratamiento de carbn es posible la alimentacin de partculas de hasta 200 mm, a pesar de ser comn la remocin de partculas de tamao superior a 50 mm. Otras aplicaciones de la concentracin con jigs se presentan en el tratamiento de menas de estao, manganeso, hierro. En la figura 3.6 se muestra un flow sheet de tratamiento de una mena de manganeso usando jigs.
  26. 26. Figura 3.6. Flow sheet de tratamiento de una mena de manganeso usando jigs.
  27. 27. En 1985 fue lanzada la mesa de Wifley que vino a constituirse en el principal modelo de mesa vibratoria. Efectivamente, solamente despus de la constatacin de su eficiencia el uso de la mesa fue propagado y surgieron nuevos modelos. En la tabla 4.1 se presentan los diferentes modelos de mesas Wilfley. Algunas de estas mesas vibratorias se muestran en la figura 4.1.
  28. 28. Tabla 4.1. Modelos de mesas Wilfley. Modelo Flujo msico de slido (kg/h) 500 5 15 800 5 30 3000 100 800 7000 500 2500 8000 200 - 2500 Figura 4.1. Mesas Wilfley.
  29. 29. La mesa de Wilfley tuvo como principal modificacin el cubrimiento parcial del tablero con riffles paralelos al eje longitudinal que posibilit el tratamiento de la alimentacin gruesa y aument su capacidad. Los riffles fueron introducidos con las siguientes finalidades: formar cavidades donde ocurra la formacin de lecho y estratificacin por accin semejante a la encontrada en el jig, ocultar las partculas pesadas para la transmisin de las vibraciones e exponer las partculas grandes y livianas al flujo transversal de agua de lavado despus de la estratificacin. La mesa Wilfley dispone de un mecanismo que proporciona un movimiento de vibracin lateral diferenciado en sentido transversal al flujo de pulpa que causa el desplazamiento de las partculas a lo largo de los riffles. Los riffles tienen las siguientes funciones: Retener las partculas pesadas en el fondo. Transmitir efectivamente la accin de estratificacin del deck a la pulpa. Tornar el flujo turbulento para producir la separacin entre las partculas. Mecanismos de separacin de la mesa vibratoria. Los mecanismos de separacin que actan en la mesa vibratoria pueden ser mejor comprendidos si se consideran separadamente la regin de la mesa con riffles y la regin lisa. Las partculas minerales alimentadas transversalmente a los riffles, sufren el efecto del movimiento asimtrico de la mesa, resultando en un desplazamiento de las partculas para adelante; las pequeas y pesadas se desplazan ms que las gruesas y livianas. En los espacios entre los riffles, las partculas se estatifican debido a la dilatacin causada por el movimiento asimtrico de la mesa y por la turbulencia de la pulpa a travs de los riffles, comportndose este lecho entre los riffles como si fuera un jig en miniatura con sedimentacin retardada y consolidacin intersticial (improbable la aceleracin diferencial) haciendo que los minerales pesados y pequeos queden ms prximos a la superficie que los grandes y livianos. Las camadas superiores son arrastradas por sobre los riffles por la nueva alimentacin y por el flujo de agua de lavado transversal. Los riffles van disminuyendo de altura de modo que, progresivamente, las partculas finas y pesadas son puestas en contacto con el film de agua de lavado que pasa sobre los riffles. La concentracin final tiene lugar en la regin lisa de la mesa, donde la capa de material se presenta ms fina. La resultante del movimiento asimtrico en la direccin de los riffles y de la velocidad diferencial en escurrimiento laminar, perpendicularmente, es el esparcimiento de los minerales. En la figura 4.2 se muestra el movimiento de las partculas en una mesa vibratoria, mientras que, en la figura 4.3. se presenta la estratificacin vertical de las partculas entre los riffles. En relacin al revestimiento del deck de la mesa, los diferentes materiales impermeables se han utilizado son: linleo, goma natural, goma sinttica, uretano, metano impregnado de zircn y fibra de vidrio. La mesa vibratoria se utiliza desde hace varias dcadas, siendo un equipamiento diseminado por todo el mundo para la concentracin gravitacional de menas y carbn. Es considerada de modo general el equipo ms eficiente para el tratamiento de materiales con granulometra fina. Su limitacin es la baja capacidad de procesamiento (menos de 2 ton/h), haciendo que su uso, particularmente con menas de aluviones, se restrinja a las etapas de limpieza. Es un equipamiento muy utilizado en la limpieza de concentrado primario o secundario de menas de oro libre y menas aluvionares.
  30. 30. Figura 4.2. Movimiento de las partculas en una mesa vibratoria parcialmente riffleada y una mesa vibratoria totalmente riffleada. Figura 4.3. Estratificacin vertical de las partculas entre los riffles.
  31. 31. Las variables de diseo de la mesa vibratoria son: forma de la mesa, tipo de material de la superficie de la mesa, forma y distribucin de los riffles, profundidad de los riffles (altura de los riffles), sistema de aceleracin y desaceleracin, forma de la alimentacin de la pulpa y distribucin del agua de lavado. Por otra parte, las variables operacionales son las siguientes: inclinacin de la mesa, porcentaje de slidos de la pulpa alimentada, flujo de agua de lavado, posicin de los cortadores de productos, frecuencia de vibracin de la mesa y longitud del desplazamiento de la superficie de la mesa al vibrar. La capacidad de la mesa depende de la frecuencia, inclinacin, cantidad de agua, caractersticas de la mena, densidades de las partculas tiles y de los estriles, forma de las partculas, granulometra de la alimentacin. La capacidad vara de 5 ton/da (materiales finos) hasta aproximadamente 50 ton/da (materiales gruesos). Los consumos de agua seran los siguientes: 38-83 L/min (alimentacin) y 11-45 L/min (lavado). El consumo de potencia medio por mesa es de 0,6 HP. El lmite superior del tamao de partculas minerales tratadas en las mesas vibratorias es de aproximadamente 2 a 3 mm (para carbn puede llegar hasta 15 mm), mientras que el tamao mnimo de las partculas que se pueden concentrar en estos equipamientos es del orden de 75 micrones. Es necesario sealar que el tamao mnimo de los materiales que se pueden tratar en una mesa es funcin del volumen de agua y del movimiento de la mesa, siendo esencial que las partculas sedimenten para que puedan ser recogidas en el concentrado. El porcentaje de slidos en la pulpa alimentadas debe ser suficientemente bajo para permitir la estratificacin y dilatacin entre los riffles. Densidades de pulpa mximas tpicas son del orden de 25 % para las arenas y de 30 % para materiales finos. Las caractersticas operacionales de las mesas vibratorias en etapa rougher, etapa cleaner y en el tratamiento de partculas finas y gruesas son las siguientes: Etapa rougher: ms agua, ms mena, ms inclinacin, golpes ms largos, riffles completos. Etapa cleaner: menos agua, menos mena, menor inclinacin, golpes ms cortos, riffles parciales. Alimentacin fina: menos agua, menos alimentacin, mayor velocidad, golpes ms cortos, riffles bajos. Alimentacin gruesa: ms agua, ms alimentacin, menor velocidad, golpes ms largos, riffles altos. Las aplicaciones de las mesas vibratorias se podran resumir en lo siguiente: Limpieza de carbn fino. Tratamiento de xidos de estao (casiterita), tungsteno, tantalio, zirconio, cromo, minerales industriales y arenas, plomo, cinc. Tratamiento de menas de oro libre y menas aluvionares. Tratamiento de escorias y residuos.
  32. 32. En las figuras 4.4 y 4.5 se presentan flow sheet de tratamiento de minerales en los cuales se utilizan mesas vibratorias.
  33. 33. Figura 4.4. Circuito de lavado de carbn fino. Figura 4.5. Flow sheet de tratamiento de una mena de tantalio.
  34. 34. Espirales El primer tipo de espiral Humphrey fue introducido en 1945. El principio bsico se ha mantenido hasta la actualidad, pero con evoluciones considerables en cuanto al diseo y tcnicas de fabricacin. Los materiales de construccin empleados han evolucionado desde la madera y hierro fundido hasta el polister reforzado con fibra de vidrio, pasando por aleaciones, hormign, goma, etc. Actualmente, la mayora de los fabricantes construyen en polister reforzado con fibra de vidrio, con recubrimientos de poliuretano o goma, y este relativamente sencillo proceso de fabricacin ha sido uno de los motivos del rpido avance en el diseo de estos separadores. Los mayores avances en el diseo han incidido en el perfil y paso de la espiral. El campo de aplicacin se ha expandido principalmente, debido al desarrollo de espirales en las cuales el paso y el perfil cambian a lo largo de su longitud. Las espirales se dividen en dos tipos: espirales de mltiples retiradas y espirales de retiradas limitadas. La tecnologa se est inclinando a la construccin de espirales con menos puntos de retiradas del concentrado, varias con un nico punto en el fondo de la hlice. Tambin el agua de lavado ha sido reducida e incluso en algunos casos ha sido eliminada. La espiral consiste de un canal helicoidal cilndrico con seccin transversal semi circular modificada. En la parte superior existe una caja destinada a recibir la alimentacin en forma de pulpa. A medida que ella se escurre, las partculas ms pesadas se encuentran en una faja a lo largo del lado interno del flujo de la pulpa y son removidas por aberturas localizadas en la parte ms baja de su seccin transversal. Existen dos aberturas para cada vuelta de la espiral. Estas aberturas estn provistas de un dispositivo que permite guiar los minerales pesados para obtener la separacin deseada, a travs de una regulacin conveniente. Cada abertura es conectada a un tubo colector central, a travs de mangueras de tal forma que se juntan los materiales recogidos en las diferentes aberturas en un nico producto. En el extremo inferior del canal existe una caja destinada a recoger los minerales livianos que no son recogidos por las aberturas. El principio de funcionamiento de la espiral es una combinacin de escurrimiento laminar y accin centrfuga. Una vez en la espiral, los minerales comienzan inmediatamente a depositarse de acuerdo a sus tamaos, forma y densidades. Partculas de mayor peso especfico se depositan casi inmediatamente. Una vez en contacto con la superficie del canal o prximo de ella, estas partculas son aprisionadas por una pelcula de fluido adherente a la superficie. Esta pelcula se mueve con velocidad mucho menor que el resto de la corriente fluida que contiene los minerales livianos y pequeos que no se depositaron. Como resultado, la pulpa se divide en dos partes distintas: la pelcula fluida conteniendo los minerales predominantemente gruesos y pesados y el resto de la corriente, conteniendo los minerales pequeos y livianos y casi toda el agua introducida con la pulpa. La pelcula fluida prcticamente no tendr su trayectoria influenciada por la accin centrfuga y se mover lentamente para el interior del canal donde ser removida por las aberturas. Al contrario, el resto de la corriente fluida, libre de la accin
  35. 35. de friccin con la superficie del canal, desarrolla una velocidad varias veces mayor, siendo lanzada contra la parte externa del canal, por la accin centrfuga. As, la diferencia de las fuerzas centrfugas, actuando sobre las dos corrientes, causa una rotacin transversal mientras ellas se mueven a travs del canal. Esta rotacin de la corriente acta en el sentido de remover los minerales pesados en direccin a las aberturas y los minerales livianos para el interior de la corriente, de tal forma que adquieran trayectorias diferentes y se separen. En la figura 4.6 se muestra esquemticamente la distribucin de las partculas en la seccintransversal de una espiral. En cada abertura donde se recogen los minerales pesados se adiciona transversalmente a la corriente una cantidad de agua suplementaria que tiene como finalidad suplir la pulpa de la cantidad de agua que se pierde en las aberturas e devolver a la corriente fluida las partculas no recogidas, para que sean reclasificadas. Esta agua recibe el nombre de agua de lavado y auxilia considerablemente el proceso. La concentracin en espirales ocurre rpidamente. Una vez introducida la pulpa, posteriormente en las dos primeras vueltas se puede retirar un concentrado puro. El material recogido por las aberturas de las ltimas vueltas puede ser retirado separadamente, pasando en este caso a constituir un producto medio. La espiral que ha sido largamente utilizada es la espiral Humphrey (introducida en 1945), la cual es fabricada bsicamente en dos modelos: el primero conteniendo 5 vueltas, cuando se destina a las primeras etapas de concentracin de menas de alto peso especfico, o de 3 vueltas, para las etapas de purificacin de estas mismas menas; el segundo conteniendo 6 vueltas, usada principalmente para la concentracin de carbn fino, o menas de bajo peso especfico. Un modelo conteniendo varias innovaciones fue desarrollado por la Mineral Deposits Limited de Australia: el concentrador espiral Reichert. Este equipo consiste de una hlice continua de fibra de vidrio, conteniendo revestimiento de poliuretano y goma en las regiones de mayor desgaste. Son fabricados diferentes modelos: el modelo convencional, conteniendo una hlice simple; el modelo doble, conteniendo dos hlices independientes que se enrollan en torno del mismo eje. El modelo doble presenta las siguientes ventajas: es aproximadamente 5 veces ms liviano que los modelos de hierro fundido y ocupan la mitad del espacio ocupado por los modelos convencionales. Actualmente, las mejoras en los diseos de las espirales Reichert, junto con la utilizacin de nuevos materiales ms livianos en su construccin, han permitido montar en una misma columna, una, dos, tres y hasta cuatro canales entrelazados alrededor de la columna de soporte del centro, formando lo que se conoce como espirales simples (single), gemelas (twin), triples (triples), etc. Pueden formarse bancos de espirales con hasta 8 columnas formando un mdulo muy compacto. De este modo, pueden formarse unidades agrupando hasta 24 o 32 canales con capacidades del orden de 60 ton/h, y ocupando un espacio muy reducido. La relacin capacidad/superficie ocupada es mucho ms favorable que para otros equipos como mesas vibratorias, jigs, etc. El consumo de agua con el empleo de esas nuevas espirales se ha reducido considerablemente. Adems, y sta es la mayor innovacin y ventaja, especialmente en cuanto a la flexibilidad de la operacin, no poseen tomas de concentrado, por lo cual los productos obtenidos (concentrado, medios y relaves), son separados al final del canal
  36. 36. mediante una cuchillas ajustables, lo cual simplifica notoriamente el control y operacin del equipo. En la figura 4.7 se muestra un mdulo de espirales. Figura 4.6. Seccin transversal de una espiral mostrando la posicin del concentrado, productos medios y relave.
  37. 37. Figura 4.7. Mdulo de espirales. A continuacin se describen las principales caractersticas funcionales de las espirales: La capacidad de tratamiento de slidos vara de 0,5 a 2,5 ton/h, la tasa ms utilizada es 1,5 ton/h. El flujo de pulpa de la alimentacin depende de las caractersticas de la mena. Para materiales finos se aconsejan flujos de 50 a 60 L/min; para materiales medios, 70 a 90 L/min y para materiales gruesos, entorno de 110 L/min. El consumo de agua para cada espiral, incluyendo el agua de lavado, vara de 50 a 110 L/min. Industrialmente, esta agua es normalmente recuperada y recirculada. Debe sealarse que la nueva generacin de espirales no necesita aporte de agua de lavado (waterless), ya que funciona eficientemente sin el uso de esta agua. El porcentaje de slidos es de 20 a 30%, pulpas que contienen granulometra gruesa pueden operar con hasta 50% de slidos. Sin embargo, las espirales ms modernas pueden trabajar con porcentajes de slidos superiores a los convencionales, 30 a 50%. Los lmites granulomtricos de los minerales pesados contenidos en la pulpa deben ser de 8 mallas hasta 200 mallas. El tamao de los minerales de bajo peso especfico contenido en la pulpa no es crtico, pudiendo variar hasta 4 mallas sin perjudicar el desempeo. Cuanto ms amplio es el rango granulomtrico, menor ser la eficiencia del equipo. Por otra parte, debe sealarse que la eficiencia de las espirales disminuye para granulometras inferiores a 200 mallas. La diferencia de pesos especficos entre los minerales tiles y los minerales de la ganga debe ser siempre mayor que 1,0 para que se obtenga una concentracin satisfactoria. La eficiencia tiende a incrementarse con el aumento de los pesos especficos de los minerales pesados. La forma o tamao de las partculas puede influir de tal forma a la concentracin que en ciertos casos, tratando minerales de pesos especficos muy prximos se puede alcanzar una buena separacin. A menudo un proceso de concentracin gravitacional, a similitud de los procesos de flotacin, precisa de varias etapas de concentracin: desbaste (rougher), limpieza (cleaner), afino (recleaner), barrido (scavenger). En la figura 4.8 se presenta un circuito de concentracin gravimtrico con espirales en tres etapas. Las aplicaciones de las espirales seran las siguientes: Produccin de un concentrado y un relave en una etapa solamente. Produccin de un concentrado final y el relave se trata en otro proceso. Produccin de un concentrado bulk de varios minerales pesados (la separacin se realiza por otro proceso) y un relave final. Tratamiento del material scavenger de otro proceso. En un circuito cerrado de molienda, recuperando los minerales pesados y liberados. En cuanto a las menas y minerales que se pueden tratar mediante concentracin en espirales, se pueden mencionar los siguientes:
  38. 38. Menas de hierro. Minerales de arenas de playa. Oro y plata Cromita, tantalita, scheelita, barita, casiterita. Minerales de plomo y cinc Carbn Figura 4.8. Flow sheet de concentracin gravitacional utilizando espirales en tres etapas.
  39. 39. Vanners Los vanners son concentradores gravitacionales en hmedo que trabajan en rgimen de escurrimiento laminar. Consisten de una correa sin fin, ligeramente inclinada en relacin a la horizontal, y que recibe movimientos oscilatorios en el plano de la correa destinados a estratificar la pulpa. Esta agitacin auxilia la sedimentacin de los minerales de mayor peso especfico para las capas inferiores prximas de la correa y an ayuda a expulsar los minerales livianos para las capas superiores del flujo de la pulpa. Un movimiento lento contnuo de la correa para arriba, arrastra los minerales pesados en el sentido contrario de la corriente que contiene los minerales livianos en suspensin, de modo que se separen. Los minerales livianos son descargados en una canaleta , mientras que los minerales pesados continan adheridos a la correa hasta que ella se introduce en un tanque que los recoge mediante un chorro de agua. Las correas son generalmente de 4 a 6 pies de ancho por 12 pies de largo. La velocidad de la correa es la principal variable de operacin, normalmente se usa entre 22 a 80 pulgadas por minuto. La inclinacin puede variar entre 2 a 8 pulgadas en 12 pies. El nmero de vibraciones por minuto vara de 120 a 280. El tamao de mximo de la mena no debe ser superior a 1 mm. El rango de tamao ideal es de 0,01 mm a 0,25 mm. Actualmente, los vanners son equipos que estn prcticamente en desuso. Escurrimiento en Canaletas Introduccin El escurrimiento en canaletas se caracteriza por la existencia de una masa de partculas minerales en suspensin o arrastrada por una corriente de agua a lo largo de una canaleta, que est sujeta a fuerzas gravitacionales y de presin de la corriente, llevando a una estratificacin por densidad. Es importante observar que este tipo de escurrimiento no se confunde con el escurrimiento laminar. En el escurrimiento en canaletas, las fuerzas de atriccin y los mecanismos de adherencia entre partculas y superficie de arrastre, caractersticas del escurrimiento laminar, no tiene efecto significativo en la estratificacin. Tambin en las canaletas, los volmenes de agua usados son considerablemente mayores y por consiguiente el rgimen de escurrimiento es algo tumultuoso, muy diferente del rgimen de lmina lquida observado en el escurrimiento laminar.
  40. 40. Canaletas simples Las canaletas (sluices) son posiblemente los aparatos concentradores ms primitivos que se conocen. Son usados principalmente para el tratamiento de menas aluvionares en los cuales el mineral valioso se encuentra libre en granulometra fina y la diferencia de su peso especfico en relacin al de los minerales de la ganga es grande. Su aplicacin principal es en la concentracin del oro, platino y casiterita. Generalmente son construidas de tablas y contienen el piso irregular para aprisionar los minerales pesados. El piso irregular se consigue desgastando el fondo, con tacos de madera, bloques, reglas, gradas, etc. Estos resaltos son llamados riffles, debido a su funcin de recoger de la corriente de agua los minerales pesados y transportarlos. La seleccin de la forma del riffles ideal depende de las necesidades de transporte, tamao y cantidad de material valioso. Todas ellas son construidas en mdulos que facilitan su instalacin y su remocin. El tamao de las canaletas es variable. Existen canaletas de 12 pulgadas hasta 10 pies de ancho por 6 pulgadas hasta 4 pies de profundidad. Presentan una inclinacin que depende principalmente de los tamaos mayores de la alimentacin y de la cantidad de agua disponible. Su largo depende de la fineza y del peso especfico de los minerales valiosos y de la distancia que los minerales estriles deben ser transportados. El largo vara generalmente de 50 a 150 metros. La operacin de las canaletas es intermitente. La alimentacin se realiza por la parte superior y dura el tiempo necesario para saturar la canaleta. Posteriormente los riffles son desmontados y el material pesado es recogido. En el caso del oro, este material an puede ser enriquecido en bateas. Canaletas estranguladas La canaleta estrangulada (pinched sluices) es una pequea canaleta de paredes convergentes. En su forma elemental posee 2 a 3 pies de largo, estrechndose de 9 pulgadas de ancho en la parte superior, hasta 1 pulgada en la descarga. La alimentacin se realiza en la parte superior con pulpa que contiene 50 a 55 % de slidos y se estratifica a medida que desciende por la canaleta. En el extremo de la descarga existe una placa formando un pequeo ngulo con la canaleta, que tiene como finalidad hacer que la pulpa se desparrame antes de alcanzar los cortadores. Estos cortadores interceptan el flujo fuera de la canaleta y lo dividen en los productos: concentrado, medios y relave. El rango granulomtrico ideal para la alimentacin de las canaletas estranguladas es inferior a 10 mallas y superior a 200 mallas. Las capacidades dependen de la granulometra que se va a tratar, variando de 0,5 ton/h para arenas finas hasta 2,0 ton/h para arenas ms gruesas. Las variables operacionales son: la densidad de pulpa de la alimentacin, la posicinde los cortadores, la inclinacin de la canaleta (en general entre 16 y 20 con respecto a la horizontal) y la orientacin de la placa.
  41. 41. Las canaletas estranguladas son construidas de metal liviano y revestidas en goma para soportar el desgaste. Son aparatos simples, baratos, livianos y ocupan poco espacio. En la figura 4.9 se muestra el concentrador Lamflo de la Carpco Research and Engineering, Inc., cuyo principio de funcionamiento es bsicamente el de una canaleta estrangulada. El aparato est compuesto de tres canaletas, la primera y la tercera tienen paredes curvas, mientras que la del medio tiene paredes planas covergentes. Este concentrador fue desarrollado para el tratamiento de minerales pesados de arenas de playa, sin embargo tambin se aplica en la concentracin de minerales de hierro y en la purificacin de finos de carbn. Las principales caractersticas operacionales del concentrador Lamflo son: Tiene alta capacidad. Dependiendo de la granulometra del material, se puede trabajar con flujos de alimentacin que varas entre 4 y 10 ton/h de slidos. Los porcentajes de slidos de la alimentacin deben estar entre 56 a60 %. Normalmente se opera con una inclinacin de 15 respecto de la horizontal, sin embargo el ngulo puede cambiar dependiendo de las caractersticas de la mena a ser tratada. El concentrador acepta partculas de hasta 2 mm en la alimentacin, sin embargo el tamao mximo inicial es del orden de 0,5 mm. Los tamaos inferiores deben ser de aproximadamente 0,04 mm y, en casos excepcionales, hasta 0,02 mm. Concentrador de cono Reichert El concentrador de cono Reichert (figura 4.10) es un concentrador que trabaja en hmedo, de alta capacidad, originalmente concebido en Australia como un pre- concentrador de minerales pesados de arenas de playa. Los primeros estudios fueron desarrollados por la Mineral Deposits Limited, en los inicios de 1960. El elemento bsico del concentrador es un cono construido de fibra de vidrio con revestimiento de goma en las zonas de mayor desgaste, midiendo 2 metros de dimetro y con inclinacin de 17. El sistema consiste de un montaje de conos, uno sobre otro, de tal forma que el cono superior queda encajado exactamente sobre el cono inferior, Son construidos conos dobles y conos simples. En los modelos dobles existe un cono superior y dos conos inferiores sobrepuestos. Este arreglo permite un aumento del rea til de separacin dentro de la mquina sin aumentar la altura o la superficie del cono. El cono superior recibe la pulpa de una caja distribuidora existente en su parte superior y la distribuye alrededor de su periferia, alimentando enseguida el (los) cono (s) inferior (es). No hay efecto de concentracin en el cono superior, el cual funciona distribuyendo la pulpa homogneamente para el (los) cono (s) inferior (es). En el caso de los conos dobles, el cono superior presenta en su periferia un divisor de flujo destinado a distribuir igualmente la pulpa para los dos conos inferiores. El principio de operacin es similar al de una canaleta. El flujo de pulpa, entretanto, no es restringido o influenciado por la accin de paredes, lo que generalmente ocurre en las canaletas. Mientras la pulpa fluye para el centro del (de los) cono (s) inferior (es) ocurre la separacin. Las partculas ms
  42. 42. densas sedimentan ms rpidamente y se desplazan en el fondo del film en direccin al centro, donde son removidas por una abertura anular. Las partculas ms livianas son Figura 4.9. El concentrador Lamflo.
  43. 43. Figura 4.10 El concentrador de cono Reichert. arrastradas por la corriente y fluyen sobre la abertura, siendo colectadas por un tubo central. La eficiencia de este proceso es relativamente pequea y par obtener una buena separacin, la operacin debe ser repetida varias veces, repasndose el concentrado en otros conos. En la figura 4.11 y 4.12 se muestran las caractersticas de los conos Reichert. Varios arreglos de conos simples y dobles pueden ser usados. Generalmente los conos dobles operan en una etapa de desbaste y sus concentrados son sometidos a las etapas de limpieza en conos simples. Se puede tambin tratar los concentrados de los conos simples, para su purificacin final en canaletas estranguladas. Estas canaletas (en un nmero de seis), son arregladas en forma radial debajo de los ltimos conos simples. Prximo a la extremidad inferior de estas canaletas existen aberturas destinadas a recoger del film la parte de los minerales pesados. Los relaves de estas canaletas deben ser recirculados y los concentrados son reunidos en un nico producto que es el concentrado final. En la figura 4.13 se presentan configuraciones comunes de circuitos que utilizan conos Reichert. Las principales caractersticas operacionales de los conos Reichert son: Alta capacidad. Funcionan normalmente con 65 a 90 ton/h de slidos y en casos excepcionales, con 40 a 100 ton/h. Operan con pulpas de 55 % a 70 % de slidos. El consumo de agua en una planta depende de la ley de la mena a ser tratada. Menas conteniendo alto porcentaje de minerales pesados requieren porcentajes de slidos ms bajos y consecuentemente demandan mayores volmenes de agua. La cantidad de agua vara de 20 a 35 m3/h. Los conos aceptan partculas de hasta3 mm, a pesar de que los tamaos ptimos superiores deban ser entre 0,5 y 0,6 mm, y los inferiores entre 0,04 y 0,05 mm. En casos excepcionales, se puede obtener una buena concentracin con partculas de hasta 0,02 mm. La presencia de lamas en la alimentacin aumenta la viscosidad de la pulpa, retardando la separacin y reduciendo la eficiencia. En el caso de altos porcentajes de lamas se puede utilizar un cicln deslamador antes de los conos. Algunas aplicaciones de los conos Reichert son: Concentracin de minerales pesados de arenas de playas de bajas leyes. Concentracin de minerales de hierro. Concentracin de minerales de estao. Recuperacin de minerales pesados (uranio y zirconio) de los relaves de flotacin de menas de cobre.
  44. 44. Figura 4.11. Caractersticas operacionales de los conos Reichert.
  45. 45. Figura 4.12. Esquema de la distribucin de flujos en el cono Reichert, mostrndose adems el tratamiento del concentrado en canaleta.
  46. 46. Figura 4.13. Configuraciones de circuitos con conos Reichert dobles y simples.
  47. 47. El Concentrador Centrfugo Knelson Introduccin En la dcada del 80 aparecieron una serie de equipamientos para el beneficio de minerales que utilizan la fuerza centrfuga para efectuar la separacin de los minerales valiosos. El ms conocido de ellos fue el concentrador Knelson, que en poco tiempo obtuvo gran aceptacin en la industria minera. Debe sealarse que en el ao 1998 haba ms de 2500 concentradores Knelson operando en recuperacin de oro en el mundo. Algunas indicaciones generales respecto a los concentradores Knelson seran las siguientes: Los concentradores se fabrican desde tamaos de laboratorio hasta unidades de alta produccin. El concentrador recupera partculas de oro de tamaos que van desde hasta aproximadamente 1 micrn. En estos concentradores el problema de compactacin del mineral que pudiese originar la fuerza centrfuga, fue solucionado introduciendo agua a presin en el sistema, contrabalanceando la fuerza centrfuga en el cono de concentracin. Durante la operacin de estos concentradores todas las partculas estn sujetas a una fuerza equivalente a 60 g, que es lo que permite que el concentrador pueda recuperar partculas finas.
  48. 48. Caractersticas y operacin del concentrador Knelson El concentrador centrfugo Knelson (figura 5.1) consiste de un cono perforado con anillos internos y que gira a alta velocidad. La alimentacin, que en general debe ser inferior a 1/4, es introducida como pulpa (20-40% slidos en peso) por un conducto localizado en la parte central de la base del cono. Las partculas, al alcanzar la base del cono, son impulsadas para las paredes laterales por la accin de la fuerza centrfuga generada por la rotacin del cono. Se forma un lecho de volumen constante en los anillos, los cuales retienen las partculas ms pesadas, mientras que, las ms livianas son expulsadas del lecho y arrastradas por arriba de los anillos para el rea de descarga de relaves en la parte superior del cono. El campo centrfugo en el concentrador vara con la altura del cono. As, en los anillos inferiores, hay una tendencia a recuperar las partculas mayores del mineral de mayor densidad, en cuanto a los anillos superiores, donde el radio del cono es mayor (es decir, mayor fuerza centrfuga), all los minerales ms finos an pueden ser recuperados. La compactacin del material del lecho se evita por la inyeccin de agua a travs de los hoyos en los anillos. El agua es alimentada a partir de una camisa de agua fija externa al cono. Esta agua fluidiza el lecho de concentrado permitiendo que las partculas ms densas, inclusive finas, penetren en el lecho bajo la accin de la fuerza centrfuga, varias veces superior a la fuerza de gravedad. En la operacin de los concentradores Knelson, la eficiencia del proceso es posible si se evita la compactacin del lecho de partculas de ganga dentro de los espacios inter- riffles, es decir, solamente si este lecho es mantenido dentro de un estado de fluidizacin apropiado. El procedimiento adecuado para la fluidizacin del lecho de partculas se puede realizar con un circuito hidrulico externo. El agua es inyectada dentro del cono a travs de un ensamble de perforaciones, de aproximadamente 800 m de dimetro, los cuales son practicados en forma tangencial en la pared del cono y a la misma altura dentro de cada espacio inter-riffles. Esta agua de contrapresin desarrolla una fuerza que una vez ajustada, permite contrarrestar la fuerza resultante, a la cual estn sometidas las partculas del lecho dentro del cono que est girando, de ese modo se asegura la fluidizacin del lecho. El agua se inyecta en direccin opuesta a la rotacin del cono, lo cual hace que las partculas continen en movimiento y se concentren las partculas pesadas. En la figura 5.2 se muestra un corte del cono del concentrador Knelson con sus perforaciones. Los diferentes tipos de generaciones de conos que se han empleado en los concentradores Knelson, se presentan en la figura 5.3. Al final de un periodo de operacin del concentrador Knelson, el concentrado que queda en los anillos es colectado y se retira por el fondo del cono. La duracin del ciclo de concentracin vara dependiendo de la aplicacin que se est realizando. Tpicamente los tiempos de duracin de un ciclo de concentracin seran los siguientes: Concentracin de material aluvial: 8 a 24 horas. Concentracin de minerales de oro de roca dura: 1 a 6 horas.
  49. 49. Los parmetros operacionales generalmente ms manipulados en el concentrador Knelson son el porcentaje de slidos y la presin de agua de fluidizacin. La granulometra de la mena tambin es un factor importante a ser considerado; el lmite es Figura 5.1. Concentrador Knelson.
  50. 50. Figura 5.2. Corte del cono del concentrdor Knelson mostrando las perforaciones. Figura 5.3. Diferentes tipos de generaciones de conos que han sido utilizados en los concentradores Knelson.
  51. 51. de 6 mm, no habiendo lmite inferior especificado (de acuerdo con los fabricantes). La razn msica obviamente debe ser tambin tomada en cuenta. Series de modelos de concentradores Knelson Las series de modelos Knelson que se ofrecen en el mercado, son las siguientes: Serie de descarga manual (MD). Serie de descarga central (CD). Serie de servicio pesado (XD). Los modelos de serie de descarga manual (MD). Son equipos de escala piloto y de laboratorio. Los modelos disponibles son: KC-MD 3 (50 kg/h; 1/6 HP). KC-MD 7.5 (1000 kg/h; HP). El KC-MD 3 se ha convertido en el equipo estndar en los laboratorios, mientras que, el KC-MD 7,5 es un equipo empleado en estudios de investigacin de minerales pesados, proyectos de tratamiento de desechos y como equipo para mejorar los concentrados de oro de baja ley. Los modelos de la serie de descarga central (CD). stas fueron las primeras unidades diseadas para extraer el concentrado rpidamente, no en forma manual, y en un ambiente de completa seguridad. Los modelos que estn disponibles son los siguientes: KC-CD 10 MS (2,5 ton/h; 1,5 HP). KC-CD 12 MS (6 ton/h; 2 HP). KC-CD 20 MS (25 ton/h; 7,5 HP). KC-CD 30 MS (60 ton/h; 15 HP). Los modelos CD 10MS y CD 12MS son apropiados para los siguientes casos: concentracin primaria, operaciones de bajo tonelaje, trabajos de pruebas a escala piloto, y reconcentracin de concentrados primarios. Por otra parte, los modelos CD 20MS y CD 30MS son adecuados para usos de produccin, generalmente en operaciones aluviales, pero puede usarse en operaciones de molienda de roca dura en donde hay limitaciones de presupuesto y un ambiente de baja corrosin. Los requerimientos tpicos de agua de fluidizacin en la serie CD utilizando los conos de concentracin de la Generacin-5 (G 5) son los siguientes: CD10: 3,4-4,5 m/h CD12: 4,1-5,7 m/h CD20: 7,9-13,6 m/h CD30: 17,0-25,0 m/h
  52. 52. Los tamaos mximos de alimentacin son los siguientes: Roca dura: -10 mallas (-1,7 mm) Placeres: -1/4 pulgadas (-6,4 mm) Los modelos de la serie de servicio pesado (XD). Estos modelos fueron incorporados en 1997. El concentrador Knelson de la serie XD representa uno de los ltimos avances en concentracin centrfuga. Estos equipos han sido desarrollados para soportar las exigencias de las condiciones ms difciles de operacin. La serie XD incorpora varias caractersticas nuevas de diseo ofreciendo mayor capacidad y mejor recuperacin en un modelo fuerte y compacto. Los modelos disponibles son los siguientes: KC-XD20 (25 ton/h; 7,5 HP) KC-XD30 (60 ton/h; 15 HP) KC-XD48 (150 ton/h; 40 HP) Los modelos XD son especialmente diseados para cubrir la demanda en los ambientes de circuitos de molienda de roca dura. Sin embargo, son tambin apropiados para operaciones aluviales o para proyectos de retratamiento de relaves donde se presentan condiciones de acidez. En las figura 5.4 y 5.5 se presentan flow sheet de tratamiento de minerales aluviales y de roca dura, respectivamente, empleando concentradores Knelson. Figura 5.4. Flow sheet de tratamiento de oro aluvial empleando concentradores Knelson.
  53. 53. Figura 5.5. Tratamiento de minerales de oro de roca dura con concentradores Knelson.
  54. 54. El Concentrador Centrfugo Falcon El concentrador Falcon consiste de un bolo cilndrico -cnico que gira a alta velocidad en el interior de una camisa fija cuya funcin es colectar el relave. La pulpa se alimenta en el fondo del cono, es acelerada y se va estratificando a medida que asciende en el rotor. Dependiendo del tipo de modelos de serie del concentrador que se trate (Serie SB o Serie C), las partculas sern sometidas a 200 g o 300 g, y el proceso de concentracin en el bolo se realizar de acuerdo a un procedimiento diferente, en forma discontinua o continua. El concentrador se utiliza en la separacin de un gran nmero de materiales: minerales de hierro, sulfuros, carbn, tantalio, metales nativos como oro, plata, nquel, cobre, cinc, estao, etc. Concentrador Falcon serie SB El concentrador Falcon serie SB (figura 5.6) se caracteriza por lo siguiente: Es un concentrador discontinuo. Utiliza agua de fluidizacin. Permite la recuperacin de partculas muy finas, en algunos casos menores a 5 micrones. Con este equipo se obtienen concentrados de alta ley. Se logran recuperaciones en peso de concentrado de cerca del 1%. Permite la recuperacin de partculas liberadas finas y ultrafinas. Las aplicaciones del concentrador Falcon modelo SB se pueden resumir en lo siguiente: Recuperacin de oro libre, plata y platino. Tratamiento de flujos de descarga o alimentacin a ciclones en circuitos de molienda. Limpieza de concentrados. Retratamiento de relaves. Tratamiento de materiales aluviares y placeres. Funcionamiento del concentrador Falcon serie SB. Estos equipos operan en discontinuo y ocupan una zona de retencin de lavado en la parte superior del rotor, requiriendo de la adicin de agua de proceso. Estas unidades pueden tratar partculas de hasta 6 mm, pero tambin son eficientes en la recuperacin de tamaos finos. Las partculas que ingresan al equipo son sometidas a una fuerza de gravedad de hasta 200 g y son segregadas de acuerdo a su gravedad especfica mientras se desplazan por la pared lisa del rotor. Las capas ms pesadas pasan a la zona en que el concentrado queda retenido, que son las ranuras que presenta el equipo en la parte superior del rotor. La adicin de agua a travs de las ranuras presentes en la zona de concentrado permite que algunas partculas migren y sean retenidas solamente las ms pesadas. Las partculas
  55. 55. ms livianas son eliminadas como relave por la parte superior del rotor. Cuando el concentrado ha llegado a alcanzar una ley adecuada, la alimentacin se detiene por Figura 5.6.Concentrador Falcon modelo SB 2500 aproximadamente 30 segundos. El rotor disminuye su velocidad y mediante presin de agua se lava en concentrado, el cual se descarga por la parte baja del rotor y es conducido a una canaleta. Tabla 5.1. Especificaciones de modelos Falcon SB. Modelo Capacidad de tratamiento de slidos (ton/h) Motor (HP) Agua de proceso (m3/h) SB 40 0 0,25 0,5 0,24 1,2 SB 250 1 8 3 1,8 2,7 SB 750 5 47 10 6 9 SB 1350 23 114 20 8 15 SB 2500 42 206 40 15 24 SB 5200 105 - 392 100 30 - 42
  56. 56. Concentrador Falcon serie C El concentrador Falcon serie C (figura 5.7) se caracteriza por lo siguiente: Funciona en continuo. No utiliza agua de fluidizacin. Este equipo es utilizado cuando se requieren altas recuperaciones (etapas rougher y scavenger). Se logran recuperaciones en peso de concentrado de cerca del 40%. Es utilizado para maximizar la recuperacin y disminuir la masa entrante a los procesos siguientes. Son adecuadas para preconcentrar o retratar flujos, ya que no se emplea agua adicional de proceso y los concentrados producidos son efectivamente deslamados y desaguados (en torno de 70 % de slidos en peso). Entre las aplicaciones del concentrador Falcon modelo C se pueden sealar las siguientes: Retratamiento de oro fino y sulfuros de relaves de flotacin o cianuracin. Preconcentracin antes de la cianuracin para aumentar el rendimiento. Retratamiento de relaves de tantalio y estao fino. Remocin de cenizas y sulfuros en concentracin de carbn. Retratamiento de hierro fino en relaves. Preconcentracin de depsitos de relaves de oro y plata. Preconcentracin y deslamado de depsitos de minerales pesados. Preconcentracin previa a la flotacin o cianuracin mediante remocin de partculas livianas no deseadas. Funcionamiento del concentrador Falcon serie C. Las partculas que ingresan al concentrador son sometidas a fuerzas de gravedad de 300 g y son segregadas de acuerdo a su gravedad especfica mientras se desplazan por la pared lisa del rotor. Las capas ms pesadas son recuperadas en forma continua controlando el flujo de descarga a travs de toberas de abertura variable. El concentrador no necesita del uso de agua de proceso y adems, no requiere de interrupcin del flujo de alimentacin ya que trabaja en forma continua. El concentrado producido estar deslamado y parcialmente desaguado. El relave se elimina por la parte superior del rotor. Tabla 5.2. Especificaciones de modelos Falcon C Modelo Capacidad de tratamiento de slidos (ton/h) Motor (HP) C 400 1 4,5 10 C 1000 5 27 20 C 2000 20 60 40 C 4000 45 - 100 100
  57. 57. Figura 5.7. Concentrador Falcon serie C, mostrndose adems el detalle de la descarga del equipo.
  58. 58. En la figura 5.8 se comparan los tamaos de los concentradores Falcon SB 2500 y Falcon C 4000. Por otra parte, en las figuras 5.9, 5.10, 5.11 y 5.12 se presentan diferentes flow sheet de tratamiento que utilizan concentradores Falcon serie SB y serie C. Figura 5.8. Comparacin de los tamaos de los concentradores Falcon C 4000 (3,50 metros de altura) y Falcon SB 2500 (2,65 metros de altura).
  59. 59. Figura 5.9. Diagrama de tratamiento de oro aluvial con concentradores Falcon serie SB. Figura 5.10. Tratamiento de minerales mediante concentradores Falcon serie SB, en un circuito que presenta una etapa reduccin de tamao con molienda tradicional.
  60. 60. Figura 5.11. Tratamiento de relaves con concentradores Falcon serie C. Figura 5.12. Recuperacin de minerales de estao y tantalio con concentradores Falcon serie C.
  61. 61. Se observa que en los esquemas de tratamiento de minerales mediante concentradores Knelson y concentradores Falcon, es comn que la etapa final de limpieza se realice con mesa vibratoria Gminis. Las caractersticas de la mesa Gminis se muestran en la figura 5.13. Figura 5.13. La mesa Gminis.
  62. 62. El Concentrador Multi-Gravity Separador (MGS) En este equipo los materiales que se van a concentrar son sometidos a fuerzas de gravedad de 22 g, as, partculas de 2 micrones de dimetro se comportan como si fuesen partculas de 45 micrones. El principio del MGS se puede visualizar como la superficie horizontal de una mesa vibratoria enrollada dentro de un tambor. De este modo, el equipo consiste bsicamente de un tambor horizontal, al cual se le aplica un movimiento de rotacin en el sentido horario y un movimiento de oscilacin semejante al usado en las mesas vibratorias. De esta forma, se proporciona un alto movimiento de rotacin al tambor, entorno a su eje, generndose un campo centrfugo del orden de 22 El concentrador MGS puede tratar hasta 30 ton/h de mena, por lo cual puede proporcionar una produccin equivalente a doce mesas vibratorias, disminuyendo notoriamente los costos de tratamiento. Las aplicaciones industriales han demostrado que los concentrados producidos por los concentradores MGS pueden ser filtrados con mayor facilidad. El concentrador MGS se muestra en la figura 5.14. Hay tres modelos de concentradores MGS: el C900, de laboratorio; el C902 y; el MeGaSep, de alta capacidad. Las aplicaciones de los concentradores MGS se pueden resumir en lo siguiente: Tratamiento de minerales de casiterita muy finos (5 micrones o menos). Recuperacin de wolframio a partir de estriles de lavaderos (Per). Enriquecimiento de concentrados de flotacin de grafito (Australia). Separacin de concentrados de flotacin de oro y cinc. Tratamiento de minerales asociados con sulfuros complejos. Concentracin de cromita fina. Aplicaciones industriales para finos de carbn, estao, zinc, titanio, tantlio, metales pesados, finos de hierro, oro y metales preciosos. El Jig Centrfugo Kelsey El jig centrfugo Kelsey utilizado en procesos de separacin gravitacional extiende la eficiencia de recuperacin a partculas finas y ultrafinas permitiendo el tratamiento de tamaos de minerales inferiores a 10 micrones, e incrementando el rendimiento de separacin en los tamaos inferiores a 600 micrones. En este equipo se combinan los principios de la tecnologa convencional de los jigs con la fuerza centrfuga, y la novedad principal del diseo consiste en que el jig convencional se inserta en una centrfuga, aumentando la fuerza de gravedad hasta 100 g. Este incremento del campo gravitacional aumenta las diferencias de densidades entre los minerales, creando un incremento selectivo en la aceleracin de las partculas lo que se traduce en una mejora de la recuperacin del mineral valioso y en un incremento de la eficiencia de separacin. En la figura 5.15 se muestran las caractersticas del jig centrfugo Kelsey.
  63. 63. Figura 5.14. El Multi-Gravity Separator.
  64. 64. El jig centrfugo Kelsey.
  65. 65. En este equipo las variables operacionales que pueden ser ajustadas son las siguientes: La fuerza centrfuga. La seleccin de lechos de diferentes pesos especficos. La distribucin de tamao del material del lecho. El flujo de agua de elutricin. Las aplicaciones del jig centrfugo Kelsey se pueden resumir en lo siguiente: Se utiliza en Australia, Sudfrica, Brasil, Per, Bolivia y USA. Se aplica en la concentracin de oro, estao, nquel, tantalio, zircn, hierro, minerales pesados desde arenas de playa. Las modelos de jig centrfugos Kelsey que se ofrecen en el mercado son los siguientes: J200 KCJ unidad de pruebas de laboratorio, con capacidad nominal de 15-100 kg/h de slidos. J1300 MkII KCJ unidad comercial pequea, de capacidad nominal de 2-30 ton/h. J1800 KCJ unidad comercial grande, con una capacidad nominal de 5-60 ton/h de slidos.
  66. 66. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS Anon. Concentracin Gravimtrica. Mining, sep. 1999, p. 29-36. Aplan, F. F. Gravity Concentration. In: The SME Mineral Processing Handbook (ed. Weiss N. L.), SME, Vol. 1, 1985, Section 4, p. 4-1 4-55. Brewis, T. Separacin por Gravedad. Mining, oct. 1995, p. 30-35. Burt, R. O. Gravity Concentration Technology. Developments in Mineral Processing 5, Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, 1984, 605 p. Kelly, E. G.; Spottiswood, D. J. Introduction to Mineral Processing, John Wiley & Sons, USA, 1982, 491 p. Mtodos Fsicos de Concentrao de Minrios. In: Tratamento de Minrios e Hidrometalurgia, Recife, ITP, 1980, p. 115-164. Wills, B. A. Tecnologa de Procesamiento de Minerales. Editorial Limusa, 1 edicin, Mxico, 1987, p. 345-419. http://www.knelson.com/ http://www.concentrators.net/ http://www.freivokhtech.com/knelson/machine-s.asp http://rochemt.com.au/ http://www.natcogroup.com/
  67. 67. CONCENTRACIN MAGNTICA Y ELECTROSTTICA
  68. 68. CONCENTRACIN MAGNTICA Introduccin La separacin magntica de menas de hierro ha sido utilizada por casi 200 aos, empleando para ello, una amplia variedad de equipos. Los separadores magnticos aprovechan la diferencia en las propiedades magnticas de los minerales componentes de las menas. Todos los materiales se alteran en alguna forma al colocarlos en un campo magntico, aunque en la mayor parte de las sustancias, el efecto es demasiado ligero para detectarlo. Los materiales se clasifican en dos amplios grupos, segn los atraiga o los repela un magneto: paramagnticos y diamagnticos. Los diamagnticos se repelen a lo largo de las lneas de fuerza magntica, hasta el punto donde la intensidad de campo ya es muy leve. Las sustancias diamagnticas no se pueden concentrar magnticamente. Los paramagnticos son atrados a lo largo de las lneas de fuerza magntica hasta los puntos de mayor intensidad del campo. Los materiales paramagnticos se pueden concentrar en los separadores magnticos de alta intensidad. Ejemplo de minerales paramagnticos que se separan en los separadores magnticos comerciales: ilmenita, rutilo, wolframita, monacita, siderita, pirrotita, cromita, hematita y los minerales de manganeso. Algunos elementos son paramagnticos en s mismo, tales como, Ni, Co, Mn, Cr, Ce, Ti y los minerales del grupo del platino, pero en la mayora de los casos las propiedades paramagnticas de los minerales se deben a la presencia de hierro en alguna forma ferromagntica. En la tabla se presenta un listado de minerales y la intensidad magntica requerida para su separacin. El ferromagnetismo se considera como un caso especial de paramagnetismo. Los minerales ferromagnticos tienen muy alta susceptibilidad magntica para las fuerzas magnticas y retienen algn magnetismo cuando se alejan del campo (remanencia). Estos materiales se pueden concentrar en los separadores magnticos de baja intensidad. Los principales usos de la separacin magntica son: a) eliminacin o separacin de fragmentos metlicos y; b) procesos de concentracin y purificacin magntica. Los separadores magnticos que eliminan fragmentos metlicos se utilizan generalmente para proteger equipos, tales como trituradoras, pulverizadores, etc. Son normalmente aplicados sobre materiales secos o sobre materiales que contengan solamente humedad superficial. Los separadores ms comnmente utilizados son: tambores o poleas magnticas, electroimanes suspendidos, placas magnticas, parrillas magnticas y detectores de metales. En relacin a los separadores magnticos empleados en procesos de concentracin y purificacin magntica, generalmente, la concentracin magntica involucra la separacin de una gran cantidad de producto magntico desde la alimentacin de caractersticas magnticas, mientras que la purificacin considera la eliminacin de pequeas cantidades de partculas magnticas desde una gran cantidad de material de
  69. 69. Tabla 7.1. Intensidad magntica requerida en la separacin magntica de diferentes minerales. Intensidad magntica requerida para la separacin Mineral 500 5.000 Fuertemente magnticos Magnetita, franklinita, leucita, slice, pirrotita 5.000 10.000 Moderadamente magnticos Ilmenita, biotita, granate, wolframita 10.000 18.000 Dbilmente magnticos Hematita, columbita, limonita, pirolusita, rodocrosita, siderita, manganita 18.000 23.000 Pobremente magnticos Rutilo, rodonita, dolomita, tantalita, cerusita, epdota, monacita, fergusonita, zircn, cerargirita, argentita, pirita, esfalerita, molibdenita, bornita, wilemita, tetraedrita, scheelita alimentacin no magntico. Los separadores magnticos y purificadores se dividen en: separadores del tipo hmedo o por va hmedo y; b) separadores del tipo seco o por va seca. En la separacin magntica la unidad ms comnmente usada es el Gauss (G). La fuerza magnetizadora que induce las lneas de fuerza a travs de un material se llama intensidad de campo. La intensidad del campo magntico se refiere al nmero de lneas de flujo que pasan a travs de una unidad de rea. La capacidad de un magneto para elevar un mineral particular depende no solamente del valor de la intensidad de campo, sino tambin del gradiente de campo, es decir, de la velocidad a la cual aumenta la intensidad de campo hacia la superficie magntica. El gradiente del campo magntico se asocia a la convergencia del campo magntico. Donde las lneas de fuerza convergen se induce un alto gradiente. En todos los separadores magnticos, ya sean de alta o de baja intensidad, o para trabajar en seco o en hmedo, se deben incorporar ciertos elementos de diseo. Una partcula magntica que entra al campo no solo ser atrada a las lneas de fuerzas, sino que tambin migrar a la regin de mayor densidad de flujo, lo cual ocurre al final del punto. Esta es la base de la separacin magntica. Los separadores magnticos pueden ser del tipo electroimanes o imanes permanentes. Los electroimanes utilizan vueltas de alambre de cobre o de aluminio alrededor de un ncleo de hierro dotado de energa con corriente directa. Los imanes permanentes no requieren de energa exterior, las aleaciones especiales de estos imanes continan produciendo un campo magntico a un nivel constante en forma indefinida despus de su carga inicial, a menos que sean expuestos a influencias desmagnetizadoras. En el separador se deben incorporar las medidas necesarias para regular la intensidad del campo magntico y as permitir el tratamiento de varios tipos de materiales. Esto se logra fcilmente en los separadores electromagnticos variando la corriente, mientras
  70. 70. que en los separadores que utilizan magnetos permanentes, se puede variar la distancia interpolar. La introduccin de nuevas aleaciones magnticas, normalmente incorporando uno o ms elementos tierras raras, ha permitido a los separadores magnticos operar con campos magnticos mucho mayores que los normales, posibilitando la aplicacin a menas que contienen minerales levemente magnticos. En este contexto se pueden destacar los separadores de tambor Magnadrum (magnetos de tierras raras basados en un elemento magntico muy fuerte : neodimio-hierro- boro); el separador de tambor con tierras raras Magforce de la Carpco tambin construido con tierras raras, los cuales son utilizados exitosamente para separar una amplia variedad de minerales, en un rango de tamao de 12,5 mm a 0,074 mm. Configuraciones de magnetos permanentes especiales pueden ser utilizados para dar campos magnticos de alta intensidad. Los campos de alta intensidad permiten la remocin de minerales contaminantes dbilmente magnticos desde concentrados no magnticos de arena vidriosa, talco, caoln, etc. Imanes Permanentes Hay una vasta gama de imanes permanentes: ferritas, tierras raras, Alnicos, entre otros. Ferritas: Estos imanes tuvieron su inicio el ao 1952. Actualmente estos imanes conocidos como cermicos, son los que poseen costos menores. Son resistentes a la corrosin, a los cidos, sales lubricantes y gases. La mxima temperatura de trabajo es de 250 C. Alnicos: Los imanes AlNICo (aleacin de aluminio, nquel, cobalto y hierro) son fabricados a travs de un proceso de fundicin. Los primeros imanes fueron desarrollados en 1930. Los imanes AlNiCo tienen buena resistencia a la corrosin y pueden ser utilizados en ambientes con temperatura de hasta 500-550 C, manteniendo a estas temperaturas buena estabilidad. Samario-Cobalto (SmCo): Los imanes de samario-cobalto (SmCo) fueron desarrollados en 1960, como resultado de investigaciones de nuevos materiales magnticos basados en aleaciones de Fe, Co, Ni, tierras raras. A pesar de las excelentes propiedades magnticas y resistencia a la temperatura (hasta 250 C), el alto costo de estos imanes puede limitar sus aplicaciones. Poseen razonable resistencia a la corrosin y no necesitan de revestimientos particulares. Debido a su elevada fragilidad deben ser manejados con cuidado. Neodmio-Hierro-Boro (NdFeB): Los imnes de neodmio-hierro-boro, tambin conocidos como tierras raras o sper imanes, entraron en el mercado en 1980. En la actualidad, es el material magntico ms moderno. Poseen las mejores propiedades de todos los imanes existentes y una increble relacin induccin/peso. A pesar de tener una resistencia a la temperatura menor que la del SmCo, el costo es muy competitivo. Son altamente susceptibles a la corrosin y deben casi siempre poseer revestimiento.
  71. 71. Son normalmente niquelados, tratados con cinc o revestidos con resina epxi. La mxima temperatura de trabajo es 180 C. Separadores Magnticos para la Separacin de Fragmentos Metlicos Existen varios equipamientos magnticos para la separacin de fragmentos metlicos, tales como, placas magnticas, poleas, separadores suspendidos, tambores. Placas magnticas: Los fragmentos o piezas metlicas que van por conductos y canaletas inclinadas (chutes), son eliminados adhirindose en una placa magntica a medida que el materia se desliza por el canal o conducto. Este equipo debe ser limpiado peridicamente. Estas placas funcionan en forma electromagntica o mediante imanes permanentes. En la figura 7.1 se muestran los lugares donde se ubican las placas magnticas. Poleas: Las poleas son utilizadas en la separacin automtica de impurezas ferrosas que contaminan productos transportados por correas transportadoras u otros sistemas. Debido a la gran capacidad de atraccin, protegen trituradoras, molinos, y otras mquinas en el tratamiento de minerales, as como a las propias correas transportadoras. Las poleas son montadas en un cilindro de acero inoxidable de gran resistencia mecnica, en cuyo interior se encaja la bobina, en el caso de las poleas electromagnticas, o el conjunto de imanes perman