M.C. Ramona Gpe. Martínez Meza Dpto. de Ingeniería Química y Metalurgia

Universidad de Sonora

Teoría y Técnicas de Molienda

MOLIENDA

La molienda es la última etapa del proceso de conminución, en la que las partículas son fracturadas por efecto de las fuerzas de impacto y en menor proporción por fuerzas de fricción y compresión, lo que produce fracturas por estallido, abrasión y crucero, bien sea en medio seco o húmedo. La molienda se realiza en recipientes cilíndricos rotatorios construidos generalmente de acero o de un material resistente al desgaste y en su interior son cargados con cuerpos moledores de libre movimiento, los cuales pueden tener forma de bola o de barra y están construidos de acero, material cerámico (Al2O3, SiC, ZrO2, entre otros) y en otros casos, del mismo mineral a moler (molienda autógena), o de mezclas del mineral a moler y otro material (molienda semiautógena).

MOLIENDA

En la molienda se puede obtener una mayor razón de reducción que en el proceso de trituración, especialmente si se trabaja en medio húmedo, no obstante la forma de aplicación de la carga sobre las partículas y los factores que controlan este proceso limitan su uso a partículas con tamaño inferior al que se puede triturar. El resultado de la molienda es influenciado por: • Tamaño del alimento (partículas a moler y medios de molienda). • Movimiento de la carga dentro del molino (mecanismo de molienda). • Espacios vacíos existentes entre la carga del molino.

Por lo anterior la molienda es un proceso sujeto a las leyes de la probabilidad que tiene una partícula de encontrarse en un punto en el que prevalece un tipo de fuerza en un momento determinado.

FACTORES DE MOLIENDA

a pesar de que la energía requerida para la fractura, depende exclusivamente de: •  Naturaleza  de  las  partículas  a  moler  (dureza,  resistencia  mecánica,              defectos, etc) •  Tamaño  inicial  de  las  partículas  a  moler •  Tamaño  final  de  las  partículas  a  moler •  Medio  de  molienda  (húmedo,  seco) La efectividad con la que esta energía realmente es aplicada sobre las partículas para que se lleve a cabo su fractura depende de: •  tamaño  del  alimento 9 volumen de la carga 9tamaño de los cuerpos moledores

TAMAÑO DEL ALIMENTO VOLUMEN DE LA CARGA: el volumen de la carga está constituido por la cantidad de partículas alimentadas al molino, cuerpos moledores y agua (cuando la molienda se realiza en húmedo) y de él depende la fracción de energía realmente utilizada en el proceso de molienda, ya que no toda la energía producida por la carga interna del molino se invierte en el proceso de fractura de las partículas. una buena parte de la energía se disipa en forma de calor y ruido.

TAMAÑO DEL ALIMENTO

TAMAÑO MÁXIMO DE LOS CUERPOS MOLEDORES El tamaño máximo de los cuerpos de molienda puede ser determinado mediante la siguiente ecuación empírica:

Donde: Dm y DM es el diámetro de los cuerpos de molienda y el diámetro interno del molino (m) d80 alimento (m) K es una cte. geométrica de los cuerpos moledores ( 0,46 bolas y 0,69 barras) Wi es el índice de trabajo (Kw- h/Ton) ρm, ρs y ρf es la densidad de los cuerpos moledores, de las partículas a moler y del fluido (Kg/ m3)

ENERGÍA REQUERIDA PARA LA MOLIENDA

De acuerdo con el postulado de Bond el trabajo requerido para fracturar unas partículas desde un d80alimento, hasta un d80 del producto es función del índice de trabajo, como se muestra en la siguiente expresión:

Donde: W en (KW-h/Ton) Wi (KW-h/Ton) d80 en μm

ENERGÍA REQUERIDA PARA LA MOLIENDA De la expresión de Bond, se puede deducir que la potencia requerida para fracturar unas partículas de un material dado está definida por:

T= Ton/h Q= m3/h ρf=Ton/m3

ENERGÍA REQUERIDA PARA LA MOLIENDA Experimentalmente se ha encontrado que la potencia del motor requerida para la molienda puede ser determinada mediante la siguiente expresión:

Los procesos de trituración entregan un tamaño de partículas de 3/8", las cuales debe reducirse aún más de tamaño hasta alcanzar aproximadamente los 100[μm] (para menas sulfuradas). Si bien es cierto que la etapa de molienda es necesaria, debemos considerar aquellos aspectos o razones por las cuales se hizo necesaria esta etapa: •  Para  alcanzar  la  adecuada  liberación  del  mineral  útil. •  Incrementar  el  área  superficial  por  unidad  de  masa,  de  tal  forma  de  acelerar algunos procesos físico-químicos. Dependiendo de la fineza del producto final, la molienda se dividirá a su vez en sub-etapas llamadas primaria, secundaria y terciaria. El equipo más utilizado en molienda es el molino rotatorio, los cuales se especifican en función del Diámetro y Largo en pies (DxL). Los molinos primarios utilizan como medio de molienda barras de acero y se denominan "MOLINOS DE BARRAS". La molienda secundaria y terciaria utiliza bolas de acero como medio de molienda y se denominan "MOLINOS DE BOLAS".

Las razones de reducción son más altas en molinos que en quebradoras. En efecto, en los molinos primarios son del orden de 5:1; mientras que en molinos secundarios y terciarios aumenta a valores de hasta 30:1.

Tipos de Molienda

La razón largo/diámetro (L/D). define varios tipo de molino. En general se cumple que: •  En  molinos  horizontales  convencionales  L/D  =  1.2  - 1.8 •  Cuando  L/D  =  4  - 5 (molinos de tubo). •  Molienda  AG  y  SAG,  L/D  <  1

Tipos de Molienda Pueden en general realizarse en seco o en húmedo.

a).- Molienda en Seco: � Genera más finos. � Produce un menor desgaste de los revestimientos y medios de molienda. �Adecuada cuando no se quiere alterar el mineral (ejemplo: sal).

b).- Molienda en Húmedo: Generalmente se muele en húmedo debido a que: � Tiene menor consumo de energía por tonelada de mineral tratada. � Logra una mejor capacidad del equipo. � Elimina problema del polvo y del ruido. � Hace posible el uso de ciclones, espirales, harneros para clasificar por tamaño y lograr una adecuado control del proceso. � Hace posible el uso de técnicas simples de manejo y transporte de la corriente de interés en equipos como bombas, cañerías, canaletas, etc. La pulpa trabaja en un porcentaje de sólidos entre un 60% - 70% y trabaja a una velocidad entre 80% - 90% de la velocidad crítica.

La molienda es un proceso continuo, el material se alimenta a una velocidad controlada desde las tolvas de almacenamiento hacia un extremo del molino y se desborda por el otro después de un tiempo de residencia o permanencia apropiado. El control del tamaño del producto se realiza por el tipo de medio que se usa, velocidad de rotación del molino, naturaleza de la alimentación de la mena y tipo de circuito que se utiliza.

MOVIMIENTO DE LA CARGA DE LOS MEDIOS DE MOLIENDA EN UN MOLINO HORIZONTAL

Al girar el molino la carga de mineral y medios de molienda son elevados hasta que se logra un equilibrio desde el cual los medios de molienda caen en cascada y catarata sobre la superficie libre de los otro cuerpos . Los medios de molienda tienen 3 tipos de movimientos: � Rotación alrededor de su propio eje. � Caída en catarata en donde los medios de molienda caen rodando por la superficie de los otros cuerpos. � Caída en cascada que es la caída libre de los medios de molienda sobre el pie de la carga. � A la velocidad critica , la trayectoria teorica del medio de molienda es tal que cae contra la armadura.

Movimiento de la carga en el interior de un Molino de movimiento horizontal.

Considere una barra o bola, que elevada hasta la coraza de un molino de radio R metros, girando a una velocidad de N rev min -1. La barra abandona la ruta circular por una ruta parabólica en el punto P cuando el peso dela barra casi está balanceado por la fuerza centrifuga, es decir, cuando

Donde: m =masa de la barra o bola en kg V = velocidad lineal de la barra en m seg-1 g = aceleración debida a la gravedad en m seg -2

En el interior del molino

Trayectoria parabólica

Trayectoria circular

α mg

P

mV2/R

a)Trayectoria del medio de molienda en un molino de rodamiento de carga. b) Fuerzas que actuan sobre el medio

(a) (b)

Cuando se toma en cuenta el diámetro de la barra o bola, el radio del recorrido mas exterior es (D-d)/2, donde D es el diámetro del molino y d es el diámetro de la barra o bola en metros,

De esta manera

La velocidad crítica del molino ocurre cuando α = 0, o sea cuando el medio abandona su ruta circular en el punto vertical más alto. En este punto cos α = 1 Por tanto:

VELOCIDAD CRITICA

La velocidad crítica es la velocidad mínima a la cual los medios de molienda y la carga centrifugan, es decir, no tienen un movimiento relativo entre si. La velocidad Crítica (NC) se determina desde la siguiente ecuación:

Donde: NC = Velocidad Crítica (rpm) D = Diámetro interno del molino (pies). d’  =  Diámetro del medio de molienda (pies).

y La ecuación asume que no hay deslizamiento entre el medio y el revestimiento de la coraza y para tener en cuenta el margen de error, es practica común incrementar en un 20% el valor de la velocidad critica calculada.

y En la práctica los molinos se operan a velocidades de 50 a 90 % de la velocidad crítica, la selección es una consideración económica

y Al incrementar la velocidad, aumenta la capacidad, de 40 a 50 % de la velocidad crítica .

y Las altas velocidades se usan para moliendas gruesas de alta capacidad.

y La molienda en cataratas a altas velocidades convierte la energía potencial del medio a energía cinética de impacto en el pie de la carga y no produce tanto material fino como la molienda abrasiva producida por la molienda en cascada a velocidades más bajas.

Molinos de rodamiento de carga

Los molinos de rodamiento de carga son de tres tipos: barras, bolas y autógenos y Poseen una estructura de coraza horizontal cilíndrica, provista de

un revestimiento renovable contra el desgaste y una carga de medio de molienda, el tambor se sostiene sobre muñones huecos unidos a los lados de los extremos para girar sobre su eje

El diámetro del molino determina la presión que puede ejercer el medio sobre las partículas de mena y en general, a mayor alimentación mayor diámetro del molino . D X L = volumen del molino y por tanto la capacidad del mismo

Construcción de molinos

Coraza

El casco del molino está diseñado para soportar impactos y carga pesada, es la parte más grande de un molino y está construido de placas de acero forjadas y soldadas. Tiene perforaciones para sacar los pernos que sostienen el revestimiento o forros. Para conectar las cabezas de los muñones tiene grandes falanges de acero generalmente soldados a los extremos de las placas del casco. En el casco se abren aperturas con tapas llamadas manholes para poder realizar la carga y descarga de las bolas, inspección de las chaquetas y para el reemplazo de las chaquetas y de las rejillas de los molinos. El casco de los molinos esta instalado sobre dos chumaceras o dos cojinetes macizos esféricos

Forros o Chaquetas Sirven de protección del casco del molino, resiste al impacto de las bolas así como de la misma carga, los pernos que los sostiene son de acero de alta resistencia a la tracción forjados para formarle una cabeza cuadrada o hexagonal, rectangular u oval y encajan convenientemente en las cavidades de las placas de forro.

Revestimiento de molino Vulco típico con levantadores SIC/A y corazas SSL

Muñones o cabezales Se comporta como soporte del molino y la vez la base sobre la que gira el molino

Alimentador Trunión de alimentación (o muñón de entrada), es el conducto para la entrada de carga impulsada por la cuchara de alimentación

Ventana de inspección Esta instalada en el cuerpo del molino, tiene una dimensión suficiente como para permitir el ingreso de una persona, por ella ingresa el personal a efectuar cualquier reparación en el interior del molino. Sirve para cargar bolas nuevas (carga completa) así como para descargarlas para inspeccionar las condiciones en las que se encuentra las bolas y blindajes. - las chumaceras del contra eje - el contra eje - las poleas - reductor de velocidad - el acoplamiento - el motor eléctrico

Cuerpos Moledores Los cuerpos trituradores van a ser utilizados en los molinos cuya

acción de rotación transmite a la carga de cuerpos moledores fuerzas de tal naturaleza que estos se desgastan por abrasión, impacto y en ciertas aplicaciones metalurgistas por corrosión Mientras sea el cuerpo moledor, más resistente a la abrasión va a ser para los trabajadores de abrasión tenemos una gran dureza, pero dentro de un molino tenemos moliendo por impacto.

Tipos de Molinos Molinos de barras.- Se consideran como trituradoras finas o maquinas de

molienda gruesas, con una capacidad de alimentación de 50 mm y pueden hacer un producto tan fino como de 300 µm, se utiliza cuando la  mena  es  “arcillosa”  o  “húmeda”.

La longitud de la coraza cilíndrica esta entre 1.5 a 2.5 veces su diámetro