A. Flores C. [email protected] EMPRESA MINERA HUANUNI (RBG INTERVENCIÓN) INGENIO SANTA ELENA ORURO - BOLIVIA TRATAMIENTO DE COLAS LAMAS MEDIANTE CONCENTRACION CENTRIFUGA “CONCENTRADOR CENTRIFUGO CHINO” ALFREDO GERMAN FLORES CORRALES METALURGISTA HUANUNI, ABRIL DE 2006 A. Flores C. [email protected] RESUMEN El presente trabajo de investigación, tiene por objeto determinar la factibilidad técnica de concentrabilidad del material lamoso de descarte (Colas Lamas), recurriendo a técnicas de centrifugación. Para ello se dispone de un concentrador centrifugo chino, fabricado el la Carrera de Metalurgia de la U.T.O. Se realizo una revisión, de los fundamentos teóricos de concentración como de trabajos anteriores en esta área. En la parte experimental se hizo una flotación del material piritoso con el fin de descartarlo. Con la carga preparada se hizo una pulpa de 15 % sólidos. La ley de alimentación fue de 1% Sn, y se consiguió elevarla por encima de 5% en una primera etapa y a 15% en la etapa de limpieza; la primera cola tenia un contenido de 0.66% Sn, misma que fue retratada obteniéndose valores por debajo de 0.4% Sn. En todos los casos, la recuperación se mantiene en la proximidad de 50%. Se recomienda continuar con la investigación, especialmente con la optimización de las variables del equipo y también con la reología de la pulpa. A. Flores C. [email protected] 1. ANTECEDENTES Ya desde hace bastante tiempo atrás se empezó a utilizar el campo centrífugo con aceleraciones mayores 10 G en ciclones y en el Dyna Whirpool, principalmente en operaciones de preconcentración con pulpas pesadas, pero sólo desde hace pocos años se está incursionando en utilizar el campo centrífugo de mayor fuerza para el tratamiento de partículas finas de largo espectro, incluyendo las partículas finas de casiterita sin necesidad de recurrir al uso de pulpas pesadas. Las ventajas que se atribuyen a esta nueva técnica de concentración son las siguientes: - Bajos costos de operación - Menor espacio necesario para la instalación - Buena recuperación. A estas ventajas ya reconocidas, pueden añadirse otras que resulten de la aplicación específica a cada mena en particular, por ejemplo incorporación de reservas actualmente no incluidas a los programas de producción, menor impacto ambiental por no emplear reactivos ni tener emanaciones gaseosas de contaminantes, etc. Con éstas ventajas incorporadas la concentración gravimétrica resultaría mucho más competitiva que la flotación o la volatilización de estaño que durante mucho tiempo se plantearon como alternativas tecnológicas, principalmente por las altas cotizaciones del estaño en el mercado internacional, y se podría considerar la reactivación de la minería estannífera en el país como lo está haciendo Malasia basándose en ventajas competitivas que tiene ese país como son sus adecuadas políticas de atracción de inversiones, de fomento minero y de facilidades en los costos de energía y transporte y la accesibilidad a fundiciones y mercados internacionales. A. Flores C. [email protected] La concentración gravimétrica centrífuga puede emplearse actualmente en un amplio rango de fracciones granulométricas que puede ir desde 35 mallas Tyler hasta 5 micrones, utilizando equipos adecuados para diferentes rangos de fracciones, entre los que sobresalen las centrífugas y los jigs centrífugos. 2. MARCO TEORICO 2.1 CENTRIFUGADORA Aparato mecánico que utiliza la fuerza centrípeta para separar sustancias de diferentes densidades. Una centrifugadora común es un recipiente que gira a gran velocidad. El único límite para la fuerza centrípeta es la resistencia del metal con el que está fabricado el aparato. Las fuerzas centrípetas pueden ser miles de veces más intensas que la fuerza de la gravedad. 2.1 FUERZA CENTRIPETA Fuerza dirigida hacia un centro, que hace que un objeto se desplace en una trayectoria circular. Por ejemplo, supongamos que atamos una pelota a una cuerda y la hacemos girar en círculo a velocidad constante. La pelota se mueve en una trayectoria circular porque la cuerda ejerce sobre ella una fuerza centrípeta. Según la primera ley del movimiento de Newton, un objeto en movimiento se desplazará en línea recta si no está sometido a una fuerza. Si se cortara la cuerda de repente, la pelota dejaría de estar sometida a la fuerza centrípeta y seguiría avanzando en línea recta en dirección tangente a la trayectoria circular (si no tenemos en cuenta la fuerza de la gravedad). A. Flores C. [email protected] 2.2 MINERALOGIA Para nuestro caso consideraremos solo la presencia del cuarzo y la casiterita, por ser los componentes mayoritarios luego de ser eliminada la pirita por flotación. Casiterita, mineral compuesto por dióxido de estaño (SnO2). Cristaliza en el sistema tetragonal, tiene una dureza entre 6 y 7 y una densidad relativa de 7. En general es de color entre castaño oscuro y negro, y tiene un lustre adamantino mate. La casiterita es la única mena importante del estaño. Cuarzo, cristaliza en el sistema hexagonal. El tamaño de los cristales varía entre los especimenes que pesan una tonelada hasta las partículas diminutas que centellean sobre las superficies rocosas. El cuarzo también es común en formas masivas que contienen partículas con tamaños desde granulado grueso hasta criptocristalino. Este mineral tiene una dureza de 7 y una densidad relativa de 2,65. 2.3 TEORIA DE LA CONCENTRACION GRAVIMETRICA La concentración gravimetrica, puede ser definida como el proceso en el cual las partículas de diferentes tamaños, formas y densidades pueden ser separadas unas de otras debido a la fuerza de gravedad o la fuerza centrifuga. La eficiencia de separación puede ser determinada mediante el uso del “Criterio de Concentración”. Dh - Df Dl - Df Donde, Dh = Densidad de la partícula pesada. Dl = Densidad de la partícula liviana. Df = Densidad del medio fluido. A. Flores C. [email protected] En términos generales, cuando este cociente es mayor que 2.5, la concentración gravimetrica es relativamente fácil. Como este valor baya decreciendo, la eficiencia de separación también decrece y para valores menores de 1.25, no es posible económicamente una separación (Taggart, 1927). El movimiento de las partículas en el seno de un fluido depende de su gravedad específica y de su tamaño, siendo más afectadas las partículas más grandes que las más pequeñas. La velocidad de sedimentación de las partículas en el agua, plantea un problema básico en la concentración gravimetrica. Como lo mostró Stokes, la velocidad de sedimentación para pequeñas esferas esta dada por la siguiente ecuación: Vm = d 2 g (δs – δf ) 18 µ Donde, Vm = Velocidad Terminal de asentamiento. δs = Densidad del sólido. δf = Densidad del liquido. g = Aceleración de la gravedad. µ = Viscosidad del fluido. La anterior ecuación, remarca la importancia del tamaño de la partícula en la determinación de la velocidad terminal, la cual se alcanza cuando las fuerzas de empuje y de rozamiento actuantes sobre la partícula se equilibran con la gravedad. Una partícula fina y densa, sedimenta con la misma velocidad que una partícula gruesa y liviana debido a las fuerzas de rozamiento que se aplican a la velocidad terminal. A. Flores C. [email protected] Para reducir el efecto del tamaño de la partícula en las unidades de concentración gravimetrica, se requiere un adecuado control del tamaño de partícula de alimentación adecuada a la unidad. 2.4 EQUIPOS DE CONCENTRACIÓN GRAVIMÉTRICA CENTRIFUGA Tres son los tipos de centrífugas que se están aplicando a la concentración de minerales, incluso a nivel industrial: - Centrífugas de lecho fluidizado pulsante (Jig Kelsey). Fig. 1 - Centrífugas de lecho sedimentado (centrífuga china). Fig. 2 - Centrífugas de lecho fluidizado (Knelson, Falcon, y otros).Fig. 3, 4. Fig. 1 Jig centrifugo Kelsey Fig. 2 Centrifuga China A. Flores C. [email protected] Fig. 3 Concentrador Knelson Fig. 4 Concentrador Falcon 2.4.1 CENTRÍFUGAS DE LECHO SEDIMENTADO Para la concentración gravimétrica centrífuga se requiere que el lecho o cama donde se acumularán las partículas pesadas esté sometido a la acción de un campo centrífugo cuya aceleración supere varias veces la aceleración de la gravedad. Cuanto más alta sea esta aceleración mayores serán las posibilidades de obtener altas recuperaciones o podrán concentrarse partículas mucho más finas que normalmente son imposibles de recuperar en la gravimetría tradicional. A. Flores C. [email protected] Cuando se obliga a una pulpa a desviarse de una trayectoria de flujo rectilíneo que está en curso mediante la acción de una fuerza o un cambio del perfil del canal que conduce la pulpa, se genera una fuerza centrífuga que actúa sobre cada uno de los componentes de la pulpa de acuerdo con la siguiente expresión: F= W rw2 G Donde: F = Fuerza centrífuga (G) W = Peso de la partícula (g) r = Radio de curvatura o radio de giro (cm) w = Velocidad angular ( rad/seg) G = Aceleración de la gravedad (981 cm/seg) O en función del número de revoluciones: F= Π2W 900 G r (RPM)2 F = 1.118 W r (RPM)2 10-5 2.1.1. CENTRÍFUGAS CHINAS La figura 5 muestra esquemáticamente una centrífuga china. La literatura reporta interesantes resultados de aplicación de centrífugas de éste tipo en la concentración de diferentes minerales. A. Flores C. [email protected] Figura 5.- Representación esquemática de la centrífuga china 2.2. CENTRÍFUGAS DE LECHO FLUIDIZADO Las centrífugas de este tipo se caracterizan porque el tazón está conformado por una pared perforada por la que atraviesa, en sentido contrario al de la fuerza centrífuga, una corriente de fluido (aire o líquido) que dilata el sedimento acumulado contra la pared del tazón tal como sucede sobre la criba o cedazo de un jig, o contra la pared del tazón en el concentrador Knelson. 3. OBJETIVO El principal objetivo del presente trabajo de investigación, es determinar la factibilidad técnica de concentrabilidad del material fino (colas lamas) que descarta el ingenio Sta. Elena del Distrito Minero de Huanuni (RBG intervención), con el fin de empobrecer aún más las colas y mejorar la recuperación de la planta. 4. EXPERIMENTACIÓN 4.1. EQUIPO Y MATERIALES Los equipos utilizados fueron la centrífuga china de 17” de diámetro (construida en el laboratorio de la Carrera de Metalurgia y probada en forma experimental A. Flores C. [email protected] con algunas modificaciones constructivas y de diseño), una bomba de 4”x 2”, un acondicionador de 4 m3. Fig. 6. Fig. 6 Centrifuga China experimental La carga utilizada fue la cola lama del Ingenio Sta. Elena del Distrito Minero de Huanuni, cuyo peso especifico aproximado es de 2.8 g/cm3. Reactivos de flotación de uso cotidiano de la planta. 4.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Primero se procedió al descarte del material piritoso mediante flotación de sulfuros, para ello se emplearon los reactivos y parámetros cotidianos de la planta. Fig. 7. Fig. 7 Etapa de flotación del material piritoso A. Flores C. [email protected] La centrífuga trabaja en forma discontinua alternando ciclos de 3.5 minutos, de los cuales la alimentación se produce en los tres primeros minutos y el lavado y descarga del preconcentrado retenido en el tazón de la centrífuga en el siguiente medio minuto. La figura 8 muestra el queque que se formo al interior del tazón de la centrifuga. Fig. 8 Queque formado al interior del tazón de la centrifuga. Las pruebas fueron encaminadas a establecer, la influencia de la fuerza centrífuga y el por ciento sólidos de la alimentación en los índices metalúrgicos de concentrabilidad. Se realizo una primera etapa de centrifugación (Rougher), el preconcentrado fue objeto de una segunda centrifugación (Cleaner), con el fin de limpiar el preconcentrado inicial; posterior a todo ello, se realizo con la cola una centrifugación forzada (Scavenger), con lo que se logro obtener una cola muy pobre suceptible de descarte. A. Flores C. [email protected] 5. RESULTADOS ROUGHER PRODUCTO Concentrado Cola Alimentación PESO (Kg) 32.4 174.6 207 % PESO 15.65 84.35 100.00 % Sn 5.20 0.67 1.20/1.37Calc FINOS 1.68 1.16 2.84 DISTRIBUCIÓN 59.15 40.85 100.00 PESO (Kg) 1.28 7.17 8.45 % PESO 15.15 84.85 100.00 % Sn 15.76 3.07 5.20 FINOS 0.20 0.22 0.42 DISTRIBUCIÓN 47.62 52.38 100.00 PESO (Kg) 7.25 39.88 47.13 % PESO 15.38 84.62 100.00 % Sn 2.64 0.39 0.66 FINOS 0.19 0.15 0.34 DISTRIBUCIÓN 55.88 44.12 100.00 CLEANER PRODUCTO Concentrado Cola Alimentación SCAVENGER PRODUCTO Concentrado Cola Alimentación Por la forma de operar de la centrífuga china, la fracción pesada de la mena es proyectada contra la pared de la centrífuga formando un queque bastante comprimido al contrario de lo que sucede en los concentradores de lecho fluidizado. 6. CONCLUSIONES - Se obtienen buenos resultados en virtud a que en el equipo empleado se puede variar la fuerza centrífuga, aunque esta situación llega a un límite cuando se aproxima a la velocidad crítica. A. Flores C. [email protected] - El radio de enriquecimiento y la ley del preconcentrado suben a medida que se incrementa la fuerza centrífuga. - La sedimentación de partículas más pesadas, desplazando a las más livianas, también se observa que cuando disminuye el % peso del preconcentrado al aumentarse la fuerza centrífuga porque solo las partículas más pesadas llegan a conformar el queque. - Para el rango de las pruebas efectuadas se puede concluir que el % sólidos “adecuado” es 15%, aunque esto no es definitivo, pues aún no se ha establecido la influencia de la granulometría y el porcentaje de lamas (partículas ultra finas). - La concentración centrífuga es una buena alternativa para lograr una solución aceptable en el tratamiento de finos de casiterita. 7. RECOMENDACIONES - Es importante y necesario continuar con la investigación, estudiando otros parámetros importantes que tienen que ver con el equipo, para mejorar y/o optimizar los resultados. - Para aprovechar adecuadamente los efectos de la densidad de pulpa, se debe realizar la preconcentración en pulpas de mayor por ciento sólidos y la limpieza a menor por ciento sólidos. - Es recomendable emplear la mayor fuerza G, posible para la fase Scavenger de la cola, esto permite empobrecer en un buen grado su contenido de mineral. 8. BIBLIOGRAFÍA 1. Ignacio J., Evaluación y comparación de los equipos centrífugos gravimétricos en la concentración de menas auríferas, MET – 399 Problemas en Metalurgia, Oruro, Bolivia, 1992 A. Flores C. [email protected] 2. Iriarte R.T., “Preconcentración de menas estanníferas en campos centrífugos cilíndricos mediante pulpas pesadas de ferro silicio”, Tesis de Grado, FNI – Ingeniería Metalúrgica, Oruro, 1976. 3. Salas A., Iriarte T., Preconcentración de menas estanníferas en campos centrífugos mediante pulpas pesadas de ferro silicio, Revista Metalúrgica Nº 2, Universidad Técnica de Oruro, Carrera de Ingeniería Metalúrgica, 1975. 4. Lema J., Flores E., Fine Separation: Falcon Technology, IV Conferencia Internacional de la Metalurgia de los Metales Preciosos, Oruro, 2001 5. Hinojosa O., Recuperación de estaño de las colas arenas de Empresa Minera Gutierrez, Revista Metalúrgica Nº 16, Universidad Técnica de Oruro, Carrera de Ingeniería Metalúrgica, 1997. 6. Dávila M.O., Primer Simposio Internacional de Concentración de Estaño, Oruro,1966. 7. Davila O., Preconcentración de Minerales de Estaño y Wolfram en medios dinámicos, Anales II Simposio Internacional del Sn, Ministerio de Minas, La Paz, Bolivia, 1977. 8. Flores A., Alcalá E., Manuales de entrenamiento en concentración de minerales, Ministerio de Minería y Metalurgia, Escuela de Minería de Chiripujio, La Paz, Bolivia, 2005.
