Industrias I - 2012 72.02 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 .............................................................................................................. 25 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 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 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 v2 m.ac m. R ; ac =aceleración centrífuga Planteando ahora el equilibrio de fuerzas antes mencionado y siendo G.sen la componente centrípeta del peso G se llega a: Fcentrífuga m.v 2 G.sen R 90 sen 1 , reemplazando: G m. v2 R Si G m.g y v 2. .r.n D.n. , reemplazando: m.g D 2 .n 2 . 2 R g n ( nc (rpm) 9,8 1 ). 2. 2 D g 2.D.n 2 . 2 n(rps ) 42,3 D ( m) n2 m.D 2 .n 2 . 2 R g 2.D. 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 (") F ( ).Wi S (ton / m3 ) . K .Cs (%) D( ft ) ; M: diámetro máximo. F: tamaño de alimentación del 80% de la carga. Wi: Work Index - es una constante adimensional función de la naturaleza del material molido que se obtiene por tablas. K: constante adimensional que vale: bolas200 , barras300 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. 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. 7 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 800C. 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. 19 72.02 – Industrias I 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. 20 72.02 – Industrias I 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. 21 72.02 – Industrias I Molienda 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. 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). 22 72.02 – Industrias I Molienda 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. 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 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 23 72.02 – Industrias I Molienda 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. 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. 24 72.02 – Industrias I Molienda 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 25