06 Apunte Molienda

72.02 – Industrias I
Industrias I - 2015
72.02 – 92.02
Molienda
Molienda
72.02 – Industrias I
3
Molienda
MOLIENDA .................................................................................................................. 3
3.1 Generalidades ............................................................................................................. 3
3.2 Molinos ....................................................................................................................... 3
3.3 Elementos Importantes en la Molienda ...................................................................... 4
3.3.1 Velocidad Crítica ................................................................................................ 4
3.3.2 Relaciones entre los Elementos Variables .......................................................... 6
3.3.3 Tamaño Máximo de los Elementos Moledores .................................................. 6
3.3.4 Volumen de Carga .............................................................................................. 6
3.3.5 Potencia .............................................................................................................. 7
3.3.6 Tipos de Molienda: Molienda Húmeda y Molienda Seca .................................. 7
3.4 Molino de Barras (Rod Mill) ...................................................................................... 8
3.5 Molino de Bolas (Ball Mill) ....................................................................................... 9
3.6 Molino de Compartimientos Múltiples .................................................................... 11
3.7 Molino de Martillos .................................................................................................. 11
3.8 Molino de Rodillos ................................................................................................... 12
3.9 Características Generales de los Molinos ................................................................. 15
3.10 Molino Doppel – Rotator o Double Rotator ............................................................. 15
3.10.1 Descripción del Funcionamiento ...................................................................... 16
3.11 Circuitos de Molienda ............................................................................................. 18
3.12 Molinos Semiautógenos y Autógenos ..................................................................... 23
3.13 Lineamientos Generales del Costo de Producción .................................................. 23
3.13 Proyección Futura de la Desintegración de Materiales ........................................... 24
3.14 Bibliografía .............................................................................................................. 26
2
72.02 – Industrias I
Molienda
3 MOLIENDA
3.1
GENERALIDADES
La molienda es una operación de reducción de tamaño de rocas y minerales de manera
similar a la trituración. Los productos obtenidos por molienda son más pequeños y de
forma más regular que los surgidos de trituración. Generalmente se habla de molienda
cuando se tratan partículas de tamaños inferiores a 1" (1" = 2.54 cm) siendo el grado de
desintegración mayor al de trituración.
Se utiliza fundamentalmente en la fabricación de cemento Portland, en la preparación de
combustibles sólidos pulverizados, molienda de escorias, fabricación de harinas, alimentos
balanceados, etc. Además se utiliza en la concentración de minerales ferrosos y no ferrosos,
donde se muele la mena previamente extraída de canteras y luego se realiza un proceso de
flotación por espumas para hacer flotar los minerales y hundir la ganga y así lograr la
separación.
En cada uno de estos casos, se procesan en el mundo, alrededor de 2.000 millones de
toneladas por año.
3.2
MOLINOS
Se llaman así a las máquinas en donde se produce la operación de molienda. Existen
diversos tipos según sus distintas aplicaciones, los más importantes son:
•
•
•
•
•
de Rulos y Muelas.
de Discos.
de Barras.
de Bolas.
de Rodillos.
Las de Rulos y Muelas consisten en una
pista similar a un recipiente de tipo balde,
y un par de ruedas (muelas) que ruedan
por la pista aplastando al material.
En la antigüedad, para brindar la fuerza
necesaria para hacer rodar las muelas por
la pista se empleó la molienda manual o
impulsada por animales. Más tarde este
método fue reemplazado por el molino de
viento, donde las aspas del mismo captan
y transforman la energía eólica en energía
mecánica. Por medio de un sistema de
engranajes adecuado se genera el
movimiento necesario para moler el
grano. Así es como se obtenía en la
antigüedad la harina a partir de cereales.
Figura 1
Figura 2
Figura 1. Molino de muelas impulsado
por un animal.
Figura 2. Molino de muelas de viento.
3
72.02 – Industrias I
Molienda
El molino de Discos consiste en dos
discos, lisos o dentados, que están
enfrentados y giran con velocidades
opuestas; el material a moler cae por
gravedad entre ambos. Actualmente no se
utiliza.
Este tipo de molinos ha ido evolucionando
Figura 3. Molino de discos.
hacia el molino que hoy conocemos como
molino de Rodillos.
Los más utilizados en el ámbito industrial son: los de Bolas y Barras, y los de Rodillos.
Esquemáticamente, los dos primeros mencionados pueden concebirse como un cilindro
horizontal que gira alrededor de su eje longitudinal, conteniendo en su interior elementos
moledores, los cuales se mueven libremente; el material a moler ingresa por un extremo del
cilindro, es molido por fricción y percusión de los elementos moledores y sale por el
extremo opuesto con un tamaño menor. Los cuerpos de molienda son grandes y pesados
con relación a las partículas de mena.
Figura 4. Molino de bolas.
.
3.3
ELEMENTOS IMPORTANTES EN LA MOLIENDA
Existe una serie de elementos importantes que influyen en la molienda de los materiales.
Estos son:
3.1 Velocidad Crítica.
3.2 Relaciones entre los elementos variables de los molinos.
3.3 Tamaño máximo de los elementos moledores.
3.4 Volumen de carga.
3.5 Potencia.
3.6 Tipos de Molienda: húmeda y seca.
3.3.1 Velocidad Crítica
La velocidad crítica para un molino y sus elementos moledores es aquella que hace que la
fuerza centrífuga que actúa sobre los elementos moledores, equilibre el peso de los mismos
en cada instante. Cuando esto ocurre, los elementos moledores quedan “pegados” a las
4
72.02 – Industrias I
Molienda
paredes internas del molino y no ejercen la fuerza de rozamiento necesaria sobre el
material para producir la molienda. El molino, entonces, deberá trabajar a velocidades
inferiores a la crítica.
A continuación se expone un ejemplo de cálculo
de velocidad crítica con elementos esféricos (bolas).
Utilizando un sistema de referencia no inercial se tiene:
Fcentrífuga = m.ac = m.
v2
R
; ac =aceleración centrífuga
Planteando ahora el equilibrio de fuerzas antes mencionado
y siendo G.senα la componente centrípeta del peso G se
llega a:
Fcentrífuga
m.v 2
=
= G.senα
R
α → 90° ⇒ senα → 1 , reemplazando: G = m.
v2
R
Si G = m.g y v = 2.π .r.n = D.n.π , reemplazando: m.g =
D 2 .n 2 .π 2
R
⇒
g=
⇒
n= (
⇒
nc (rpm) =
9,8 1
).
2.π 2 D
⇒
g = 2.D.n 2 .π 2
⇒ n(rps ) =
42,3
D ( m)
⇔
⇒
n2 =
m.D 2 .n 2 .π 2
R
g
2.D.π 2
0, 705
D ( m)
nc (rpm) =
76, 63
D( ft )
∴ “La velocidad crítica es función de la inversa de la raíz cuadrada del diámetro del
molino”.
5
72.02 – Industrias I
Molienda
3.3.2 Relaciones entre los Elementos Variables
El diámetro del molino, su velocidad, y el diámetro de los elementos moledores son los
elementos variables del proceso. Teniendo en cuenta que en la molienda se emplean
elementos moledores de distintos tamaños, las relaciones entre los elementos variables son:
• A mayor diámetro de bolas, mayor es la rotura de partículas grandes (percusión).
• A menor diámetro de bolas, mayor es la molienda de partículas pequeñas por una
mayor superficie de los elementos moledores (fricción).
• A mayor diámetro de bolas, mejora la molienda de material duro (percusión).
• Para igual molienda, a mayor diámetro del molino o mayor velocidad, menor el
diámetro necesario de bolas.
3.3.3 Tamaño Máximo de los Elementos Moledores
En los molinos de barras y bolas, como se mencionó en el punto 3.3.2, los elementos
moledores no tiene todos el mismo tamaño, sino que a partir de un diámetro máximo se
hace una distribución de los mismos en tamaños inferiores.
Para determinar el diámetro máximo se aplica la siguiente fórmula:
M: diámetro máximo de elementos
moledores.
;
M (") =
F: tamaño de alimentación del 80% de la
carga.
Wi: Work Index - constante adimensional
función de la naturaleza del material
molido. Se obtiene por tablas.
K: constante adimensional que vale:
bolas→200 , barras→300
Cs: porcentaje de la velocidad crítica.
S: peso específico del material a moler.
D: diámetro interno del molino.
Luego, ingresando en tablas con el tamaño máximo de los elementos moledores, se obtiene
la distribución porcentual y los respectivos diámetros de los componentes para efectuar la
molienda.
F ( µ ).Wi S (ton / m3 )
.
K .Cs (%)
D( ft )
3.3.4 Volumen de Carga
Los molinos de bolas y barras no trabajan totalmente llenos. El volumen ocupado por los
elementos moledores y el material a moler referido al total del cilindro del molino, es lo
que se denomina Volumen de Carga:
V (%) = (V material a moler + V elementos moledores) x 100
V interior del cilindro
6
72.02 – Industrias I
Molienda
Habitualmente es del 30% al 40%, y de este volumen, el material a moler ocupa entre una
30% a un 40%.
3.3.5 Potencia
La potencia máxima se desarrolla cuando el volumen de carga es del 50%
aproximadamente, sin embargo, generalmente se trabaja entre un 30% y un 40% ya que
como la curva es bastante plana, la potencia entregada es similar a la del 50%.
N
30 40 50
V(%)
3.3.6 Tipos de Molienda: Molienda Húmeda y Molienda Seca
La molienda se puede hacer a materiales secos o a suspensiones de sólidos en líquido
(agua), el cual sería el caso de la molienda Húmeda. Es habitual que la molienda sea seca
en la fabricación del cemento Portland y que sea húmeda en la preparación de minerales
para concentración. En la molienda húmeda el material a moler es mojado en el líquido
elevando su humedad, favoreciéndose así el manejo y transporte de pulpas, que podrá ser
llevado a cabo por ejemplo con bombas en cañerías. En la molienda húmeda moderna,
luego del proceso de desintegración, la clasificación de partículas se llevará a cabo en
hidrociclones y si se desea concentrar el mineral se podrá hacer una flotación por espumas.
El líquido, además, tiene un efecto refrigerante con los calores generados en el interior.
Molienda Húmeda
•
•
•
Molienda Seca
Requiere menos potencia por tonelada •
tratada.
No requiere equipos adicionales para el •
tratamiento de polvos.
Consume más revestimiento (por
corrosión).
•
Requiere más potencia por tonelada
tratada.
Si requiere equipos adicionales para el
tratamiento de polvos
Consume menos revestimiento.
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72.02 – Industrias I
3.4
Molienda
MOLINO DE BARRAS (ROD MILL)
El molino de Barras está formado por un cuerpo cilíndrico de eje horizontal, que en su
interior cuenta con barras cilíndricas sueltas dispuestas a lo largo del eje, de longitud
aproximadamente igual a la del cuerpo del molino. Éste gira gracias a que posee una
corona, la cual está acoplada a un piñón que se acciona por un motor generalmente
eléctrico.
Las barras se elevan, rodando por las paredes del cilindro hasta una cierta altura, y luego
caen efectuando un movimiento que se denomina “de cascada”. La rotura del material que
se encuentra en el interior del cuerpo del cilindro y en contacto con las barras, se produce
por frotamiento (entre barras y superficie del cilindro, o entre barras), y por percusión
(consecuencia de la caída de las barras desde cierta altura).
El material ingresa por el eje en un extremo del cilindro, y sale por el otro extremo o por el
medio del cilindro, según las distintas formas de descarga: por rebalse (se emplea en
molienda húmeda), periférica central, y periférica final (ambas se emplean tanto en
molienda húmeda como en seca).
Tipos de
Descarga
Tipos de
Molienda
Tipos de
Circuitos
Tasa Máxima
de Reducción
Tamaño de
Molienda
Tamaño
Máximo de
Alimentación
Relación L/D
% Típico de
Vel. Crítica
% de Carga
Capacidad
Rebalse
Periférica Final
Periférica Central
Húmeda
Seca o Húmeda
Seca o Húmeda
Abierto
Abierto
Abierto
15-20:1
12-15:1
4-8:1
Malla 10-35
Malla 4-12
Malla 3-6
< ¾”
< ¾”
< ¾”
1,25:1
1,25:1
1,25:1
60-65 %
65-70 %
65-70 %
40-45 %
Normal
35-50 %
Normal
30-50 %
Doble
Tamaño de molienda de X mallas significa que si un tamiz tiene X agujeros por pulgada
lineal, la partícula logrará pasar por uno de ellos teniendo entonces un tamaño de X mallas.
8
72.02 – Industrias I
Molienda
El cuerpo cilíndrico se construye con chapas de acero curvadas y unidas entre sí por
soldadura eléctrica. La cabeza o fondo del cilindro se construye en acero moldeado o
fundición, y es de forma ligeramente abombada o cónica. Habitualmente los ejes o
muñones están fundidos con la cabeza pero también pueden estar ensamblados con bridas
atornilladas. Los muñones apoyan sobre cojinetes, uno en cada extremo.
La parte cilíndrica, los fondos y la cámara de molienda, están revestidos interiormente por
placas atornilladas de acero al manganeso o al cromo-molibdeno. Las caras internas del
molino consisten de revestimientos renovables que deben soportar impacto, ser resistentes a
la abrasión y promover el movimiento más favorable de la carga. Las barras generalmente,
son de acero al carbono y su desgaste es alrededor de cinco veces mayor al de los
revestimientos, en las mismas condiciones de trabajo.
Alimentación
del material
Revestimiento
Muñón y cabezal
Salida del
material
Rueda
Dentada
Barras
Figura 5. Molino de barras con descarga por rebalse.
3.5
MOLINO DE BOLAS (BALL MILL)
El molino de Bolas, análogamente al de Barras, está formado por un cuerpo cilíndrico de
eje horizontal, que en su interior tiene bolas libres. El cuerpo gira merced al accionamiento
de un motor, el cual mueve un piñón que engrana con una corona que tiene el cuerpo
cilíndrico.
Las bolas se mueven haciendo el efecto “de cascada”, rompiendo el material que se
encuentra en la cámara de molienda mediante fricción y percusión.
El material a moler ingresa por un extremo y sale por el opuesto. Existen tres formas de
descarga: por rebalse (se utiliza para molienda húmeda), por diafragma, y por
compartimentado (ambas se utilizan para molienda húmeda y seca).
9
72.02 – Industrias I
Molienda
Tipos de
Descarga
Rebalse
Diafragma
Compartimentado
Húmeda
Seca o Húmeda
Seca o Húmeda
Cerrado
Cerrado
Cerrado o Abierto
Tamaño de
Molienda
Fino – Malla 200
Intermedio (Vía Húmeda)
– Malla 65-100; Fino (Vía
Seca) – Malla 325
Fino – Malla 150-325
Tamaño
Máximo de
Alimentación
Malla 10-14
< ½”
< ½”
Relación L/D
1-1,5:1
1-1,5:1
65-70 %
68-78%
40-45 %
35-50 %
Tipos de
Molienda
Tipos de
Circuitos
% Típico de
Vel. Crítica
% de Carga
C. Abierto: 3,5-5:1
C. Cerrado: 2,5-3,5:1
C. Abierto: 65-75 %
C. Cerrado: 70-78 %
30-50 %
En lo que hace a los materiales de recubrimiento interior de la cámara de molienda, y de las
bolas, corresponden análogas consideraciones a las de los molinos de Barras.
Figura 7. Sección transversal de un Molino
de bolas.
Figura 6. Molino de bolas.
10
72.02 – Industrias I
3.6
Molienda
MOLINO DE COMPARTIMIENTOS MÚLTIPLES
Existen molinos de dos compartimentos que tienen características equivalentes a los
descriptos en los puntos 3.4 y 3.5. Constan de dos compartimentos separados en el interior
cilindro del molino. Éstos pueden contener barras y bolas, o bolas grandes y pequeñas.
Estos tipos de molinos se utilizan para hacer en un mismo aparato la molienda gruesa y la
fina.
La relación longitud/diámetro se encuentra acotada entre 3/1 y 5/1, los diámetros mayores
oscilan entre 1,2 y 4,5 metros y las longitudes entre 6 y 14 metros.
Se han utilizado en la industria del cemento y resultan también adecuados para tratar
grandes volúmenes de materiales duros y abrasivos.
Alimentación
del Material
Salida
del material
Revestimiento
Bolas - Compartimiento 1
Bolas - Compartimiento 2
Figura 8. Molino de compartimientos múltiples.
3.7
MOLINO DE MARTILLOS
El molino de martillos actúa por efecto de impacto sobre el material a desintegrar.
En la Figura 9 puede verse un esquema del molino, el cual cuenta con una cámara de
desintegración (3), con una boca de entrada del material en la parte superior (5) y una boca
de descarga cerrada por una rejilla (4). En el interior de la cámara hay un eje (1), que gira a
gran velocidad y perpendicularmente a él van montados articuladamente los elementos de
percusión (martillos) (2) los cuales por la fuerza centrifuga que se genera al girar el eje, se
posicionan perpendicularmente en posición de trabajo.
El material a moler ingresa por la boca de entrada (5) y por gravedad cae al interior de la
cámara de desintegración, donde es golpeado por los martillos. Seguidamente choca contra
la cámara de desintegración y nuevamente es golpeado por los martillos. Esto ocurre
sucesivamente hasta que alcanza un tamaño tal que puede pasar por la rejilla de la descarga
(4). El tamaño de salida de los materiales triturados puede variarse cambiando la rejilla de
salida.
Los molinos de martillos se usan para triturar y pulverizar materiales que no sean
demasiado duros o abrasivos.
11
72.02 – Industrias I
Molienda
Figura 9. Esquema de molino de martillos.
Figura 10. Corte de Molino de martillos.
Figura 11. Molino de Martillos
12
72.02 – Industrias I
3.8
Molienda
MOLINO DE RODILLOS
Es muy utilizado en las plantas de molienda de cemento (vía seca). El molino consta de tres
rodillos moledores grandes, los cuales son mantenidos a presión por medio de cilindros
hidráulicos, sobre un mecanismo giratorio con forma de disco sobre el que existe una
huella. El material a moler se introduce a través de una boca de alimentación ubicada al
costado de la estructura principal, y cae directamente en las huellas de molido (pistas).
A medida que el material es molido por los rodillos, se va desplazando por fuerza
centrífuga, hacia los bordes del sistema giratorio, ubicándose en el perímetro.
Simultáneamente, una corriente lateral de gas caliente entra fuertemente a la zona de
molido a través de un anillo que la rodea; por su acción, el material molido es levantado
hacia la zona superior de la caja y el producto de medida aceptable pasa a través de un
clasificador hacia una puerta de descarga. El material con medida superior, cae nuevamente
a la zona de molido para un molido “adicional” y así lograr la reducción requerida.
Este molino admite materiales de alimentación de hasta 50 mm (2”) y tiene una capacidad
de molienda entre 50 y 100 tn/hora; hay unidades que admiten tamaños de alimentación
mayores y por ende tienen mayores capacidades de producción.
El consumo de energía es de alrededor del 50% de la energía consumida por un molino de
Bolas que realice un trabajo equivalente.
Entrada del
material
Clasificador
Rodillo
Entrada
de gases
Sistema giratorio “huella”
Figura 12. Esquema de molino de rodillos.
Figura 13. Sistema giratorio “huella” y rodillos.
13
72.02 – Industrias I
Molienda
Producto acabado
Material a tratar
Clasificador
por tamaños
Rodillos
Moledores
Sistema giratorio
“huella”
Gas Caliente
Figura 14. Molino de rodillos.
14
72.02 – Industrias I
3.9
Molienda
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS MOLINOS
A título ilustrativo, en el siguiente cuadro, se dan las características de los molinos de
Barras, Bolas y Rodillos de tamaños grandes.
Tipo de Molino
Tamaño en pies (metros)
De Barras
D: 10 (3,05)
L: 14 (4,3)
De Bolas
D: 10 (3,05)
L: 16 (4,9)
De Rodillos
D: 30 (9,15)
Alto: 70 (21,3)
Potencia máx. en HP
800
1000
2000
Capacidad de producción en
tn/24 hs.
2700
3000
5000
Descarga
Molienda
Rebalse
Periféricas
Húmeda
Húmeda y
seca
Rebalse
Diafragma
Compartimentado
Húmeda
Húmeda y seca
Neumática
Humedad < 20%
Una diferencia a tener en cuenta entre los molinos de Bolas y los de Barras (dado que sus
tamaños son similares, así como sus potencias y capacidades) es la máxima velocidad que
pueden alcanzar; en el primero la máxima posible puede llegar a alcanzar hasta un 90% de
la velocidad crítica mientras que en el segundo puede alcanzar hasta un 70% de la
velocidad crítica. Otra diferencia, que se explica más adelante, es el desgaste de los
elementos moledores por tonelada tratada.
3.10 MOLINO DOPPEL – ROTATOR O DOUBLE ROTATOR
El molino Doppel-rotator es una instalación conformada principalmente por un molino de
doble cámara con descarga periférica central, que en los últimos años está tomando un gran
impulso, debido a su uso en la Industria del Cemento para la molienda del crudo, además de
su uso muy difundido en la industria del oro, cuyo proceso de molienda en seco se llama
“asado”.
Sus principales ventajas son su extraordinario bajo consumo específico de energía respecto
a otros molinos y la posibilidad del uso de gas caliente de recirculación para el secado del
material.
Cabe recordar que el crudo en la industria del cemento está conformado en su mayor parte
por piedras de caliza y arcilla que fueron extraídas de las canteras y luego trituradas.
15
72.02 – Industrias I
Molienda
3.10.1 Descripción del Funcionamiento
El Doppel-Rotator es principalmente una combinación del molino de barrido por aire y del
molino de dos compartimentos. Posee un compartimiento de secado delante del
compartimento de molido para ayudar a reducir el contenido de agua en el mineral.
a) Alimentación y secado del material
El crudo es alimentado al recinto del secado del molino mediante equipos dosificadores, a
través del muñón del cojinete collar, donde unas chapas dispersoras lanzan el material hacia
la corriente de gas.
Al atravesar la cámara de secado pueden eliminarse del material humedades de hasta un 7%
utilizándose gases de escape con temperaturas de 320 °C, y humedades de hasta un 14%
cuando se utilizan gases calientes de hasta 800°C.
En el caso de que el tamaño de grano sea grande, de modo que dificulte el secado o que los
granos tengan elevada humedad, puede conectarse delante del molino un secador vertical (o
de tambor) o una trituradora calentada.
b) Molienda, separación de gruesos y finos, y recirculación de gruesos
Después de su secado, el material es llevado por medio del tabique elevador a la parte de
molienda gruesa del molino.
La molienda gruesa se efectúa en la cámara correspondiente, y luego el material abandona
el molino por el dispositivo de salida central y pasa a través de aerodeslizadores y de un
elevador de cangilones al separador, donde es clasificado en gruesos y finos.
Los finos salen directamente después de la separación, al proceso que sigue en la Planta.
Los gruesos vuelven a clasificarse en dos tamaños. Los de tamaño inferior pasan a la
cámara refino del molino y solo una pequeña parte (tamaño superior) vuelve a la cámara de
molienda gruesa.
El material que se muele en la cámara de refino sale nuevamente por el dispositivo central y
pasa nuevamente a través de aerodeslizadores y del elevador de cangilones y llega al
separador.
El ciclo de molienda y reflujo de los granos gruesos continúa hasta que los mismos
alcanzan la granulometría adecuada.
c) Salida de gases y separación de polvos
Los gases calientes, así como el aire necesario para la ventilación de la cámara de
molienda, son extraídos del molino a través del dispositivo de salida central.
Pasan a través de un separador de cono donde se separan los gruesos, que vuelven al
molino y los finos que son arrastrados por la corriente de gas hacia el filtro colector.
El desempolvado de los gases se realiza en la instalación de filtros.
En algunas plantas, se complementa el sistema de desempolvado de gases con la adición de
una cantidad de ciclones en serie previo al pasaje por el filtro colector.
16
72.02 – Industrias I
Molienda
Entrada de finos
Dispositivo central
Cámara de secado
Entrada
de gruesos
Molienda fina
Molienda gruesa
Figura 15. Molino Doppel-Rotator.
3.10.2 Circuito detallado molino Doppel-Rotator
El material ingresa desde la tolva (1) a la cámara de secado (2). Luego el material es
arrastrado por la corriente de gases entrante (3) al compartimento de molienda gruesa (4).
Luego de la molienda primaria el material es descargado neumática y mecánicamente a
través del dispositivo central (5) y pasa al separador intermedio (6), que remueve el
material fino (7). El material grueso vuelve a pasar por un clasificador (8), donde la mayor
proporción y de menor tamaño (9) alimenta el compartimento de molienda fina (10) para
proseguir con la molienda. El resto del material (y de mayor tamaño) regresa al
compartimento de molienda gruesa para mejorar las propiedades del material que se está
moliendo.
El material molido en el compartimento de finos también se descarga por el dispositivo
central y se separa repitiéndose el circuito.
El gas caliente requerido para el secado del material y transporte hacia el exterior del
molino es principalmente succionado a través de la cámara de pre secado al compartimento
de molienda gruesa y extraído por la descarga central. Luego de separar el polvo (11) que
se devuelve al molino, el gas es purificado y enfriado (12) para volver a la atmósfera (13).
En contraste con un molino de dos compartimentos, el compartimento de molienda fina del
Double Rotator tiene una menor corriente de gas y por lo tanto ofrece óptimas condiciones
para el proceso de molienda. Además, su caída de presión es menor.
17
72.02 – Industrias I
Molienda
Figura 16. Circuito del molino Doppel-Rotator.
3.11 CIRCUITOS DE MOLIENDA
Históricamente, los procesos de concentración utilizados requerían menores necesidades de
molienda en cuanto al grado de finura. Además los minerales tratados eran mucho más
ricos que los actuales, por lo que los tamaños de liberación eran superiores.
Al escasear los minerales ricos fue necesario reducir el tamaño de las partículas obtenidas
en la molienda, para luego realizar una concentración más significativa. De aquí surge la
necesidad de realizar una molienda más fina, combinando la molienda con bolas con la de
barras (circuito abierto).
Más adelante, debido a los cambios desarrollados en los procesos de flotación, se hizo
imprescindible controlar el tamaño de molienda. Así es como se incluye en el circuito
anterior un clasificador que “fiscalizaba” el tamaño de partículas que se debía enviar
finalmente a la etapa de concentración (circuito cerrado).
18
72.02 – Industrias I
Molienda
3.11.1 Circuitos abiertos
Una maquina molino puede trabajar en circuito abierto con un clasificador cuando el
rechazo de la criba (tamaños gruesos y no admisibles para la posterior concentración) no
vuelve al molino.
Generalmente los circuitos abiertos funcionan de la siguiente manera: las partículas
entregadas por un molino de barras ingresan directamente como alimentación a un molino
de bolas, y la descarga de este último se envía a una etapa de concentración.
El proceso se ilustra en la figura 17.
Producto final
Alimentación
Figura 17. Circuito abierto de molienda barras-bolas.
3.11.2 Circuitos cerrados
En los circuitos cerrados, luego de la etapa de molienda se incluye un clasificador que
rechaza tamaños gruesos y los hace retornar al molino. Así todo el producto final tendrá un
tamaño igual o menor a un tamaño máximo requerido para la siguiente etapa. Se garantiza
entonces una dimensión máxima del producto, aumentando la producción.
Como desventaja, para el circuito cerrado se supone una mayor inversión y costo de
operación ya que se necesitan transportadores de cinta adicionales.
Alimentación
Producto final
Figura 18. Circuito cerrado de molienda barras-bolas.
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Molienda
Los circuitos cerrados a su vez se pueden clasificar según la ubicación de la criba en el
mismo. En un circuito cerrado en pos cribado la criba se ubica después de la máquina de
conminución, mientras que en un circuito en pre cribado, el clasificador se sitúa antes de la
máquina eliminado los finos antes de la reducción de tamaño.
3.12 MOLINOS SEMIAUTÓGENOS Y AUTÓGENOS
A principios de los años 80 se desarrolla la molienda semiautógena (SAG) y la autógena
(AG), buscando principalmente reducir los costos operativos al reducirse o eliminarse el
consumo de los elementos de molienda, e igualmente la potencia absorbida por los molinos.
La trituración queda reducida a una sola etapa, en general con un triturador primario de
cono con admisión de hasta 1500 milímetros, entregando un material menor a los 200
milímetros.
La molienda AG utiliza como medio de molienda los gruesos de la misma mena del
material. El proceso se esquematiza en la figura 19. Cuando se agrega una cierta cantidad
de bolas como elementos moledores adicionales, el proceso se conoce como molienda SAG
(figura 20).
La molienda AG opera con dos molinos autógenos en circuito, uno primario de terrones
(Grandes trozos digregables e irregulares del mineral a moler) y uno secundario de
guijarros (Pequeños trozos compactos y regulares del mineral a moler), condicionado por la
molturabilidad del mineral. La molienda SAG trabaja también con dos molinos, pero a
diferencia de la molienda AG, el primario presenta cierta carga de bolas y el secundario es
totalmente de bolas (puede tratarse cualquier mineral.).
Inicialmente, la molienda SAG presentó problemas mecánicos y operativos (principalmente
la estabilidad de operación y la rotura de blindajes). La solución de estos problemas
permitió el aumento del tamaño de los equipos, llegándose actualmente a los 12 metros de
diámetro.
El desarrollo de la molienda AG no ha sido tan impetuoso, debido a que los molinos
requieren características especiales de los minerales a moler.
Los molinos pueden lograr reducciones de tamaño de los 25 centímetros a los 75 micrones
en una etapa, siendo el costo de capital menor al de los otros tipos de molinos.
Los mismos manejan con gran facilidad materiales húmedos y pegajosos.
Los molinos SAG utilizan una combinación de mineral y una pequeña cantidad de bolas de
acero (entre el 4 y el 15 % del volumen del molino). Los mejores rendimientos se
encuentran cuando el porcentaje varía entre el 6 y el 10 %.
La relación diámetro/longitud varia de 1 a 3 hasta 3 a 1.
El mecanismo de reducción de tamaño es principalmente por abrasión e impacto,
ocurriendo principalmente alrededor de los límites del grano/cristal.
Los molinos AG producen partículas de mayor calidad, dado que no están contaminadas
con el acero de las bolas. Estas flotan mejor (más rápido y de mejor selección).
Estos molinos son más sensitivos a la dureza y tamaño que los otros molinos, siendo por
esto el consumo de energía más variable.
Los molinos AG trabajan mejor con materiales gruesos, que favorecen la rotura del
material. En cambio, los molinos SAG trabajan mejor con materiales finos, dado que la
rotura la producen principalmente las bolas.
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Molienda
Los molinos SAG y AG no son buenos para la reducción a tamaños finos y ultrafinos.
Ambos tipos de molienda producen una fracción critica, que debe ser triturada en un
molino de cono para evitar la sobrecarga del molino primario que de otro modo provocaría
la recirculación de este tamaño critico.
Este tamaño crítico es mucho mas critico en la molienda AG por lo que la etapa de
trituración es prácticamente imprescindible. En la molienda SAG, a menudo estos tamaños
críticos pueden ser tolerados por el molino secundario.
En cualquier caso la descarga de los molinos debe ser clasificada en dos o tres fracciones,
mediante cribas vibrantes. La selección de la criba no es sencilla debido a la combinación
de tamaño relativamente fino que deben separar (entre 3 y 12 milímetros) y los tonelajes
importantes que manejan. Además, la superficie de cribado debe ser lo mas resistente
posible a la abrasión (usualmente se utilizan elastómeros).
La fracción fina obtenida de la criba, junto con la descarga del molino de bolas secundario
en el caso de una molienda SAG o del molino de guijarros en el caso de la molienda AG
debe ser clasificada para cerrar el circuito. La misma se realiza con hidrociclones de gran
diámetro (entre 500 y 625 milímetros), generalmente en baterías. Los materiales a emplear
en la construcción deben soportar la abrasión, cortes e impactos de las partículas. La
tendencia es aumentar el diámetro de los hidrociclones a fin de reducir el número de
unidades en operación.
Figura 19. Circuito de molienda AG.
En rojo:
Molino de terrones.
En verde:
Molino de guijarros.
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Figura 20. Circuito de molienda SAG.
Figuras 21-22. Fotografías
Molinos AG
3.12.1 Momento Actual de la Molienda Semiautógena y Autógena
Los proyectos mineros realizados en la última década, están en su mayoría basados en
molienda autógena o semiautógena, siendo esta última la que mayores capacidades
unitarias de tratamiento ha alcanzado.
Los molinos SAG de 12 metros de diámetro y más de 20 MW de potencia, permiten
alcanzar capacidades del orden de las 2000 toneladas/hora.
Estos molinos gigantes presentan grandes problemas de diseño, tanto en lo que respecta a
su estructura mecánica como en el modo de aplicar la potencia requerida para su
accionamiento.
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Molienda
Actualmente, el motor eléctrico esta construido sobre la propia virola del molino, actuando
este como rotor, eliminando de este modo los costosos y complicados sistemas de
accionamiento tradicional (reductor, embrague y piñón-corona).
Una última tendencia es reemplazar los cojinetes tradicionales en los cuellos de entrada y
salida del molino por apoyos directos flotantes sobre la virola de modo similar de modo
similar a la solución adoptada para el motor eléctrico.
Figura 20. Molino SAG sin mecanismos de accionamiento.
3.12.2 El Futuro
El aumento de capacidad en las plantas de tratamiento va en la dirección de reducir los
costos operativos, como única alternativa de supervivencia frente a los cada vez más bajos
precios de los metales básicos.
Actualmente, los costos promedios de los mayores productores mundiales con procesos
convencionales de molienda-flotación tienen costos de producción del orden de 0,55/0,70
USD por libra producida.
Los productores de cobre vía hidrometalúrgica presentan en cambio costos de producción
de 0,30/0,50 USD por libra, siendo esta producción inferior a la cuarta parte de la
producción en plantas convencionales. Este proceso, junto a la biometalurgia, está en etapa
de desarrollo.
3.13 LINEAMIENTOS GENERALES DEL COSTO DE PRODUCCIÓN
En el caso de los molinos de Barras y Bolas, por ser máquinas sencillas y de gran duración,
pesa más el consumo de energía, el de revestimientos y elementos moledores, que la
amortización de la máquina. Hay fórmulas empíricas para determinar el consumo de
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energía que, en el caso del molino de Bolas, tienen en cuenta el tonelaje de la carga del
molino (bolas + material a moler) y el diámetro del mismo.
Por otra parte, numerosos estudios sobre el comportamiento de los molinos en trabajos de
minería y la industria del cemento, han permitido determinar los desgastes de los
revestimientos y los elementos moledores. Así, para el molino de Barras, los desgastes de
revestimientos oscilan entre 20 y 200 gr./tn tratada y para los de Bolas, entre 100 y 1000
gr./tn tratada.
En lo que hace a la diferencia entre el uso para minería y para cemento, para el molino de
Bolas:
Minería: 100gr./tn tratada
Desgaste de revestimientos
Cemento: 30 gr./tn tratada
Minería: 300 a 500 gr./tn tratada
Desgaste de bolas
Cemento: 170 a 350 gr./tn tratada
En el caso de los molinos de Rodillos, será necesario considerar convenientemente la
amortización de la máquina, por tratarse de un equipo más complejo que los anteriores.
Esto hace que sólo se apliquen para grandes producciones y utilización a pleno.
3.14 PROYECCIÓN FUTURA DE LA DESINTEGRACIÓN DE MATERIALES
Las máquinas que hemos visto en los capítulos 2 y 3, trabajan todas por fragmentación
mecánica. Al respecto y basándose en la experiencia de más de un siglo de desarrollo y
utilización de estos equipos, se puede inferir hacia dónde se mejorarán los mismos. A
continuación se citarán los aspectos considerados importantes en la futura tendencia:
1) Se construirán máquinas de tamaño y capacidad cada vez mayores, ya que
actualmente el tamaño medio presenta una tendencia creciente.
2) Se mejorará el mantenimiento de las máquinas; se utilizarán con mayor frecuencia
dispositivos auxiliares eléctricos, hidráulicos o neumáticos para permitir
desmontajes más fáciles. En el futuro se intentará utilizar piezas de desgaste
continuo.
3) Las máquinas se adaptarán a aparatos de telemedición y telemando.
4) Se esperan mejoras sobre la calidad de los materiales constructivos y de las piezas a
emplear, con el objeto de dar mayor confiabilidad y continuidad en el trabajo a las
máquinas.
5) Debe esperarse un mayor uso del caucho y de plásticos resistentes en reemplazo de
elementos metálicos e inclusive de revestimientos.
6) No debe esperarse mejoras en cuento a la cinemática de las máquinas, ya que se ha
experimentado mucho y siempre se ha vuelto a los lineamientos clásicos.
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Molienda
7) Se encuentran en experimentación procesos de fragmentación NO mecánica, los
cuales aún no se utilizan industrialmente. Estos son:
• Procesos Electrotérmicos: fragmentación térmica como resultado de corrientes
inducidas en las rocas a desintegrar.
• Corriente de alta frecuencia (1 a 10 megaciclos seguida de corriente normal):
efecto térmico sobre las rocas que causa su desintegración.
• Procesos Electrohidráulicos.
• Acción bacteriana: produce la pulverización espontánea de la capa de base. En
este caso, de poder llevarse un proceso de este tipo a la práctica industrial se
estaría reemplazando a la tecnología por la biología.
8) Uso de procesos semiautógenos y autógenos, donde se reduce a un mínimo o se
elimina el uso de elementos moledores con lo que la molienda es producida por la
roca de mayor tamaño.
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3.15 BIBLIOGRAFÍA
•
•
•
•
“Tecnología de los Aparatos de Fragmentación y de Clasificación Dimensional” E.
C. Blanc. Colección Rocas y Minerales, Madrid.
“Trituración, Molienda y Separación de Minerales” Wanganoff. Ed: Alsina.
“Manual de preparación de Minerales” Taggart.
Manual de Trituración Faço
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