Unidad-II Conminucion,Chancado y Harneo

DOCENTE: NSTOR REYES DAZ INGENIERIA METALURGIA

CONMINUCIN,

CAHANCADO Y HARNEO

UNIDAD : II


Conminucin, Chancado y Harneo

CONMINUCION

La conminucin o reduccin de tamao de un material, es una etapa importante y

normalmente la primera en el procesamiento de minerales.

Los objetivos de la conminucin son:

1. Producir partculas de tamao y forma adecuadas para su utilizacin directa.

2. Liberar los materiales valiosos de la ganga de modo que ellos puedan ser

concentrados.

3. Aumentar el rea superficial disponible para reaccin qumica.

Dependiendo del rango de tamao de partculas la conminucin se acostumbra a

dividir en:

a).- Chancado para partculas gruesas mayores que 2"

b).- Molienda para partculas menores de 1/2" - 3/8"



TEORIA DE LA CONMINUCION

Estudios han demostrado que gran parte de la energa mecnica suministrada a un proceso de conminucin, se consume en vencer resistencias nocivas tales como:

1. Deformaciones elsticas de las partculas antes de romperse.

2. Deformaciones plsticas de las partculas, que originan la fragmentacin de las mismas.

3. Friccin entre las partculas.

4. Vencer inercia de las piezas de la mquina.

5. Deformaciones elsticas de la mquina.

6. Produccin de ruido, calor y vibracin de la instalacin.

7. Generacin de electricidad.

8. Roce entre partculas y piezas de la mquina.

9. Prdidas de eficiencia en la transmisin de energa elctrica y mecnica



De lo anterior, se pone en relieve la necesidad de establecer correlaciones confiables

entre la energa especfica [kwh/ton] consumida en un proceso de conminucin y la correspondiente reduccin de tamao alcanzada en dicho proceso.

En este sentido se han propuesto 3 grandes teoras, las que a continuacin se describen.

1).- Postulado de RITTINGER (1867) (Primera Ley de la Conminucin)

Este postulado considera solamente la energa necesaria para producir la ruptura de cuerpos slidos ideales (homogneos, isotrpicos y sin fallas), una vez que el material ha alcanzado su deformacin crtica o lmite de ruptura.

La energa especifica consumida en la reduccin de tamao de un slido,

es directamente proporcional a la nueva superficie especifica creada.



Donde:

R = Energa especfica de conminucin (kWh/ton). KR = Constante de Rittinger.

P80 = Tamao del 80% acumulado pasante en el producto. F80 = Tamao del 80% acumulado pasante en la alimentacin. An cuando el postulado de Rittinger carece de suficiente respaldo experimental, se ha demostrado en la prctica que dicha teora funciona mejor para la fracturacin de partculas gruesas, es decir, en la etapa de chancado del material.

2).- Postulado de KICK (1885) (Segunda Ley de la Conminucin)

Esto significa que iguales cantidades de energa producirn iguales cambios geomtricos en el tamao de un slido. Kick consider que la energa utilizada en la fractura de un cuerpo slido ideal (homogneo, isotrpico y sin fallas), era slo aquella necesaria para deformar el slido hasta su lmite de ruptura; despreciando la energa adicional para producir la ruptura del mismo.

La energa requerida para producir cambios anlogos en el

tamao de cuerpos geomtricamente similares, es

proporcional al volumen de estos cuerpos .



Donde:

K = Energa especfica de conminucin (kWh/ton). KK = Constante de Kick.

P80 = Tamao del 80% acumulado pasante en el producto. F80 = Tamao del 80% acumulado pasante en la alimentacin.

An cuando el postulado de Kick carece de suficiente respaldo experimental; se ha demostrado en la prctica, que su aplicacin funciona mejor para el caso de la molienda de partculas finas.

3).- Postulado de BOND (1952) (Tercera Ley de la Conminucin)

Bond defini el parmetro KB en funcin del Work Index WI (ndice de trabajo del material), que corresponde al trabajo total (expresado en [kWh/ton. corta]), necesario

para reducir una tonelada corta de material desde un tamao tericamente infinito hasta partculas que en un 80% sean inferiores a 100 [m].



Donde:

B = Energa especfica de conminucin (kwh/ton). WI = ndice de trabajo (kwh/ton. corta).

P80 = Tamao del 80% acumulado pasante en el producto. F80 = Tamao del 80% acumulado pasante en la alimentacin.

El parmetro WI depende tanto del material (resistencia a la conminucin) como del equipo de conminucin utilizado, debiendo ser determinado experimentalmente para cada aplicacin requerida. Tambin representa la dureza del material y la eficiencia mecnica del equipo.

Durante el desarrollo de su tercera teora de la conminucin, Fred Bond consider que no existan rocas ideales ni iguales en forma y que la energa consumida era proporcional a la longitud de las nuevas grietas creadas.

El Test de Bond tiene 3 grandes ventajas:

1.- Existe una gran cantidad de datos disponibles. 2.- Funciona bien para clculos iniciales. 3.- Alternativa simple para medir la eficiencia mecnica de equipos de conminucin.



Valores Tpicos de WI

DETERMINACION DEL WI

El WI se determina a travs de ensayos de laboratorio, que son especficos para cada etapa (chancado, molienda de barras, molienda de bolas).

Estos ensayos entregan los parmetros experimentales, respectivos de cada material, los que se utilizan en las ecuaciones respectivas, que se indican a continuacin.



a).- Etapa de Chancado

Donde :

WI = Work Index [kWh/ton corta].

KC = Esfuerzo de impacto aplicado, necesario para fracturar el material

[lb-pie/pulg espesor roca]

S = Gravedad especfica del slido.

b).- Etapa de Molienda de Barras

Donde:

P100 = Abertura en micrones de malla que tiene un 100% pasante del producto.

GRP = ndice de moliendabilidad del material en molino de barras [grs/rev]. Se define

como la cantidad de material que es menor que un cierto tamao de corte producido por revolucin del molino.



Donde:

P100 = Abertura en micrones de malla que tiene un 100% pasante del producto.

Gbp = Indice de moliendabilidad del material en molino de bolas [grs/rev]. Se define como la cantidad de material que es menor que un cierto tamao de corte producido por revolucin del molino.

El test de Bond simula un molino en un circuito cerrado directo con un cierto

clasificador a una carga circulante de 250%.

TIPOS DE CIRCUITOS

En general, se tienen 2 definiciones de circuito:

a).- Circuito Abierto

b).- Circuito Cerrado.

PORQU SE DEMANDA UN MAYOR NDICE

DE TRABAJO EN LA ETAPA DE MOLIENDA?



a).- CIRCUITO ABIERTO

Molino en circuito abierto

b).- CIRCUITO CERRADO

A su vez, los circuitos cerrados pueden ser:

b.1).- CIRCUITO CERRADO DIRECTO

Molino en circuito cerrado directo

b.2).- CIRCUITO CERRADO INVERSO

Molino en circuito cerrado inverso



CARGA CIRCULANTE

Se entiende como Carga Circulante (CC), a la razn entre el flujo de material que recirculan y la alimentacin fresca que llega al circuito. La ecuacin es:

Donde:

R = Flujo del slido que recirculan. A = Alimentacin fresca del slido al circuito.

Ejemplo:



Mecanismo de la fractura

Cuando la energa de deformacin en la punta de la grieta es lo suficientemente alta, implica que los enlaces qumicos en la punta se rompan y la grieta se propaga produciendo la fractura del material.

Propagacin de una grieta por ruptura de uniones qumicas bajo esfuerzo externo.

La grieta no necesita de una fuerza

sino de producir una tensin en ella de tal forma que produzca la

suficiente energa para propagar la grieta.

El esfuerzo al que se inicia la fractura

es el equivalente para igualar la

energa superficial de las dos nuevas superficies generadas por la fractura.



1).- Abrasin: Ocurre cuando la energa aplicada es insuficiente para causar fractura significativa en la partcula. En este caso, ocurren tensiones localizadas resultando fracturas en reas superficiales pequeas, dando como resultado una distribucin de partculas de tamao casi igual al original y partculas muy finas.

2).- Compresin: Ocurre cuando la energa aplicada es suficiente de forma que pocas regiones se fracturan, producindose pocas partculas cuyos tamaos son relativamente iguales al original.



3).- Impacto: Ocurre cuando la energa aplicada est sobre-excedida de aquella necesaria para fracturar la partcula. El resultado es un gran nmero de partculas con un amplio rango de tamaos.

La fractura por abrasin se produce normalmente por roce de las partculas entre si, o contra el medio de molienda, o contra el revestimiento generando 2 fracciones de tamao. Una gruesa de tamao similar al original y otra de tamao muy fino con respecto al original. Este mecanismo se realiza a una velocidad ms o menos constante dependiendo de la dureza de la mena y de las condiciones de la molienda, caracterizndose los minerales ms blandos de ser ms susceptibles a este mecanismo.



Representacin de la aplicacin de esfuerzos en la etapa de chancado.

La figura siguiente, muestra forma en que se realiza una combinacin de compresin y atricin de una partcula, durante las etapas de chancado.

MECANISMOS DE FRACTURA



ELEMENTOS Y TECNICAS DE CHANCADO

El trmino chancado se aplica a las reducciones subsecuentes de tamao hasta alrededor de 25 [mm], considerndose las reducciones a tamao ms finos como molienda.

Tanto el chancado como la molienda pueden subdividirse an ms en etapas primaria, secundaria, terciaria, y a veces hasta cuaternaria. Como estas etapas se

relacionan con la maquinaria que se emplea, los lmites de las divisiones no son rgidos, y en cualquier operacin dada pueden no requerirse todos. Chancado es aquella operacin unitaria o grupos de operaciones concernientes a la reduccin de trozos grandes de rocas hasta fragmentos, donde las partculas ms grandes en el producto son del orden de 1/4" a 3/8".



CHANCADORES PRIMARIOS

a).- Chancador Giratorio:

Est constituido por un eje vertical (rbol) con un elemento de molienda cnico llamado cabeza, recubierto por una capa de material de alta dureza llamado manto.

La cabeza se mueve en forma de elipse debido al efecto de movimiento excntrico que le entrega el motor.

Corte de un Chancador Giratorio Fotografa de la abertura de alimentacin

de un Chancador Giratorio



El movimiento mximo de la cabeza ocurre en la descarga evitando los problemas de hinchamiento del material. Debido a que chanca durante el ciclo completo, tiene ms capacidad que un chancador de mandbulas del mismo tamao (boca), por lo que se le prefiere en plantas que tratan altos flujos de material.

Operan normalmente en circuito abierto, aunque si el material de alimentacin tiene mucho fino, ste debe ser preclasificado. El tamao de los Chancadores Giratorios se especifica por la boca (ancho de la abertura de admisin) y el dimetro del manto. El casco exterior es de acero fundido, mientras que la cmara de chancado est protegida con revestimientos o "cncavos" de acero al manganeso. La cabeza est protegida por un manto de acero al manganeso la que a su vez est recubierta por alguna resina epxica, poliuretano, goma o algn otro recubrimiento.

Figura siguiente muestra

otro esquema en corte de un chancador giratorio.



b).- Chancadores de Mandbulas: Los chancadores de mandbulas son equipos dotados de 2 placas o mandbulas, en los que una de ellas es mvil y presiona fuerte y rpidamente a la otra, fracturando el material que se encuentra entre ambas.

Segn el tipo de movimiento de la placa mvil, estos chancadores se clasifican en los siguientes tipos:

a) Blake

b) Dodge

c) Universal

Un esquema de stos se muestra en la figura 5.9 siguiente:

Tipos de Chocadores de Mandbula



Los chancadores tipo Blake pueden clasificarse en Palanca Simple y Palanca Doble.

Esquema comparativo entre un Chancador De Mandbulas y un supervisor

El chancador de mandbulas se especifica por el rea de entrada, es decir, la distancia entre las mandbulas en la alimentacin (Feed) que se denomina "Boca" y el ancho de las placas (largo de la abertura de admisin).

Por ejemplo un chancador de mandbulas de 30"x48" tendr una boca de 30" y un ancho de las placas de 48.



CRITERIOS DE SELECCION DE CHANCADORES

Los criterios se seleccin son importantes para efectos de poder dividir entre que tipo de chancador utilizar en la etapa primaria de la conminucin. Si se quiere alta capacidad, en general se prefieren los chancadores giratorios. Como norma general se debe tener muy en claro la capacidad requerida y el tamao mximo a tratar.

Si el tamao de abertura (boca) es ms importante, se prefiere el chancador de mandbulas. Si lo importante es el flujo msico, se prefiere el chancador giratorio. Para una misma boca de entrada, el chancador giratorio procesa aproximadamente 3 veces ms material que el chancador de mandbulas, debido a que chanca durante el ciclo completo.

Para equipos de tamao similar se tiene que:

Los costos de capital y de mantencin de un chancador de Mandbulas son levemente menores que los de un chancador Giratorio. El costo de instalacin de un chancador de Mandbulas es mayor que el chancador Giratorio.

Segn el tipo de aplicacin:

Los chancadores de Mandbulas se prefieren en materiales arcillosos, plsticos, etc., en general materiales blandos.

Los chancadores Giratorios se prefieren en materiales duros, abrasivos, etc..



EQUIPOS UTILIZADOS EN CHANCADO PRIMARIO

1. Chancadoras Giratorios

2. Chancadoras de Mandbulas 3. Chancadoras de Rodillos



CHANCADORAS SECUNDARIAS Y TERCIARIAS

Las chancadoras secundarias son ms pequeas que las chancadoras primarias. Tratan el producto del chancado primario (generalmente menor a 6 pulgadas de dimetro) ya sin elementos dainos en el mineral tales como trozos metlicos, madera, etc.

Al igual que las primarias, trabajan en seco y reducen el mineral a un tamao adecuado para molienda o chancado terciario, si es que el material lo requiere.

Las chancadoras usadas en chancado secundario y terciario son esencialmente las

mismas, excepto que para chancado terciario se usa una abertura de salida menor. El

equipo mas usado es la chancadora de cono aunque tambin se usan chancadores de rodillo y molino de martillo.

a).- Chancadora de Cono

Es una chancadora giratoria modificada. La principal diferencia es el diseo aplanado de la cmara de chancado con el fin de lograr una alta capacidad y una alta razn de reduccin del material. El objetivo es retener el material por ms tiempo en la cmara y as lograr una mayor reduccin del material. El eje vertical de esta chancadora es ms corto y no est suspendido como en la giratoria sino que es soportado en un soporte universal bajo la cabeza giratoria o cono.



Esquema comparativo entre una

Chancadora de Cono Estndar y una de Cabeza Corta.

Como no se requiere una boca tan grande, el casco chancador se abre hacia abajo lo

cual permite el hinchamiento del mineral a medida que se reduce el tamao, proporcionando un rea seccional creciente hacia el extremo de descarga, por lo que la chancadora de cono es un excelente chancador libre.

La inclinacin hacia fuera del casco permite tener un ngulo de cabeza mucho mayor que en la giratoria, reteniendo al mismo ngulo entre el material chancado. Esto permite a esta chancadora una alta capacidad puesto que la capacidad de una

chancadora giratoria es proporcional al dimetro de la cabeza.



Esquemas simplificados de la cabeza y

casco Para chancadoras Giratorias y de

Cono.

Las chancadoras de cono se especifican por dimetro el revestimiento del cono (ver tablas de chancadoras). La amplitud de movimiento de una chancadora de cono

puede ser hasta 5 veces es de una chancadora primaria, que debe soportar mayores

esfuerzos de trabajo. Adems, operan a una mucha mayor velocidad. El material que pasa por la chancadora est sometido a una serie de golpes tipo martillo en vez de una compresin lenta como ocurre en el caso de la giratoria, cuya cabeza se mueve lentamente. La alta velocidad permite a las partculas fluir libremente a travs de la chancadora y el recorrido amplio de la cabeza crea una gran abertura entre ella y el

casco cuando est en posicin totalmente abierta. Esto permite que los finos sean descargados rpidamente. Logran una razn de reduccin de entre 3/1 a 7/1.



La chancadora de cono se produce en dos versiones:

a).- Cono standard

b).- Cono de cabeza corta.

El tipo (a) se usa para chancado secundario y el tipo (b) se usa para chancado terciario. Ambos tipos difieren principalmente en la forma de la cmara de chancado.

La chancadora de cono standard tiene un revestimiento escalonado lo que permite

una alimentacin ms gruesa que la cabeza corta. El tamao del material de alimentacin depende del dimetro del cono.

Para chancadora tipo (a) se tiene que:



La chancadora tipo (b): tiene un ngulo de cabeza ms agudo que la standard, lo que ayuda a prevenir atoramientos debido al material ms fino que trata.

Tambin tiene una abertura de alimentacin ms pequea, una seccin paralela mayor en la seccin de descarga y entrega un producto menor. La razn de reduccin que entrega vara entre 4/1 a 6/1. El tamao mximo de la boca es de 10 y entrega un producto que vara entre 1/8 y 1.

Las chancadoras tipo (a) trabajan normalmente en circuito abierto, pero a veces es

recomendable harnear el material antes de pasar por el chancador para eliminar la parte de la alimentacin que ya cumple con las exigencias de tamao del producto.

Esto se recomienda, en general, cuando la alimentacin contiene ms del 25% del material menor que la abertura de salida del chancador.

Por otro lado, las chancadoras tipo (b) trabajan en circuito cerrado (normalmente),

evalundose una disposicin directa o inversa segn las caractersticas particulares del circuito.



ELEMENTOS Y TECNICAS DE CLASIFICACION

La clasificacin se define como una tcnica para evaluar el rendimiento (eficiencia) de

un proceso. Para realizar la clasificacin se debe recurrir a separadores, los que se

denominan:

En general los procesos de clasificacin son procesos probabilsticos, es decir, dependen de una conjugacin de efectos de n variables para poder realizarse. En el caso del harneado, este se puede relacionar en trminos de j variables, entre las que se pueden mencionar:

x1 = Tamao de la partcula. x2 = Forma de la partcula. x3 = Abertura disponible.

x4 = Enfrentar la superficie.



El efecto de la forma de la partcula es muy importante en el "tamao crtico" ya que este corresponde a un tamao muy cercano al tamao de las aberturas. La probabilidad de que ests partculas sean clasificadas como sobre tamao o bajo tamao depender principalmente de que la partcula se presenta a la abertura en la orientacin adecuada.

Atrapamiento de partculas de tamao crtico en las aberturas de un harnero.

Los harneros pueden ser de distintos tipos, formas y rangos de tamao de operacin y algunos de ellos son los siguientes:

a).- Parrilla Estacionaria: Antes del chancador primario.

1. Convencional.

2. Probabilstico.

TIPOS DE HARNEROS



TIPOS DE HARNEROS

b).- Parrilla de Rodillos: Antes del chancador primario.

c).- Superficie Curvada: Rango: 2000[m] - 45[m]

d).- Giratorios: Tambor (Trommel): 15[rpm]-20[rpm], hmedo o seco

(seco: 6[cm]-1[cm])

Centrfugos: Vertical 60[rpm]-80[rpm], hmedo o seco. De 1.2[cm]-0.04[cm]

e).- Vibratorios:

Inclinado: 600[rpm]-7000[rpm] bajo 25[mm], muy utilizados hasta 200[m]

Horizontal: Superficie rectangular, 600[rpm]-3000[rpm], movimiento con componente

vertical y horizontal.



Probabilidad: Serie planos inclinados de alto rendimiento, convencional.

Mayor capacidad y eficiencia.

Los harneros vibratorios funcionan a mayor velocidad y tienen como objetivo

levantar las partculas de la superficie del harnero.

En si, el proceso de harneado est en funcin de parmetros del mineral,

harnero y estratificacin.

a).- Mineral = En cada caso, los parmetros ms importantes son los

siguientes:

Densidad aparente

Distribucin de tamaos

Dimetro

Humedad.

b).- Harnero = Superficie (porcentaje del rea abierta, tamao de la abertura,

forma de la abertura, espesor).

1. Vibracin (amplitud, frecuencia, direccin).

2. Angulo de inclinacin y tipo de alimentacin.



Consiste en la separacin del material segn tamao. Sin la estratificacin los gruesos tapan la superficie del harnero impidiendo que se clasifiquen los finos. La

estratificacin est en funcin del espesor del lecho debido a que a nivel industrial se pueden presentar lechos demasiados delgados (que tapan las aberturas, impidiendo

el paso de las partculas finas) y lechos demasiados gruesos, que obstruyen la percolacin de las partculas finas hacia las aberturas.

De este modo se tiene que a nivel industrial se debe operar a un determinado espesor de lecho que maximice los conceptos de capacidad de produccin y eficiencia de separacin. Este espesor se llama Espesor de lecho ptimo y est dado por una profundidad del lecho que puede ser hasta cuatro veces el tamao de la abertura en el extremo de la descarga para materiales de 100[lb/pie3] de densidad o

hasta tres veces para materiales de 50[lb/pie3] de densidad. La figura 7.3 muestra los

diferentes tipos de lechos analizados.

ESTRATIFICACIN



La eficiencia de separacin de un harnero puede calcularse a partir

de un balance de masa de los

flujos que muestra la figura.

Separacin de flujos msicos en un harnero.

En este caso, se alimentan F [ton/hr] de material, que se divide

en C [ton/hr] de sobre tamao y U [ton/hr] de bajo tamao.



FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DE UN HARNERO La capacidad de un harnero y una alta eficiencia de separacin son requisitos generalmente opuestos y se debe llegar a algn punto de operacin que maximice ambos aspectos.

Para una capacidad determinada hay "n" factores que afectan la eficiencia de un harnero. Algunos de ellos son los siguientes:

1.- Velocidad de alimentacin y profundidad del lecho. 2.- Tipo de movimiento del harnero y pendiente del harnero. 3.- Humedad del material que impide la estratificacin del material y tiende a cegar las aberturas del harnero. 4.- Tipo de superficie de harneado, rea y forma de las aberturas. 5.- Porcentaje de rea abierta que corresponde al rea neta de las aberturas dividida por el rea total del harneado. 6.- Tipo de material a tratar que corresponde a la dureza, forma de las partculas, peso especfico, etc. 7.- Porcentaje de material fino y de tamao crtico (3/4 a 1.5 veces la abertura) en la alimentacin al harnero. 8.- La eficiencia del harnero es fuertemente afectada por la presencia de partculas de

tamao aproximado al de la abertura (stas tienden a obstruir o cegar la abertura).



CLASIFICADORES

Los clasificadores se pueden clasificar como:

Tipos de clasificadores:

Los clasificadores mecnicos se caracterizan por ser adecuados para separar partculas de tamao superior a los 150[m] y por tener bajos consumos especficos de energa.

Por su parte los clasificadores hidrulicos resultan ser ms adecuados para separar partculas pequeas (dp



Forma y partes de un hidrocicln cnico

La figura siguiente muestra la forma tpica de un hidrocicln de fondo cnico.



Vrtice Primario = Desciende por las paredes. Ncleo de Aire = Conectado a la atmsfera. Vrtice Secundario = Asciende alrededor del ncleo de aire.

Forma de entrada de la alimentacin al hidrocicln.

Separacin de las partculas: La separacin es producida por la Rotacin del Fluido, el cual desarrolla grandes fuerzas centrfugas. La aceleracin de gravedad g es reemplazada por w2R de modo que las velocidades terminales de todas las partculas aumentan pero permanecen en la misma proporcin relativa, por lo que se alcanza una mayor capacidad de tratamiento.



Fuerzas que actan sobre una partcula que gira en un hidrocicln.

Las partculas ms grandes y pesadas que tienen mayor velocidad de sedimentacin se mueven hacia la pared del hidrocicln y son arrastradas por el vrtice primario hacia la Descarga.

Las partculas ms pequeas debido al mayor efecto de arrastre relativo a las fuerzas inerciales, que produce un menor movimiento relativo al fluido, se mueven

hacia la zona de baja presin en el centro del hidrocicln y son arrastradas hacia arriba a travs de buscador de vrtice y salen por el Rebalse.

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