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CHANCADO Y CLASIFICACIÓN


Índice

Capítulo I: Proceso de chancado 1 1.1. Definiciones 1 1.2. Tipos de procesos 2

1.3. Distribuciones granulométricas 4 1.3.1. Granulometría 4 Capítulo II: Conminución de minerales 11 2.1. Objetivo de la conminución 11 2.2. Tipos de esfuerzos aplicados 11

2.3. Teoría de Bond 12 2.4. Características de un equipo ideal 14

2.5. Índice de trabajo 14 2.6. Consumo de energía 14 Capítulo III: Harneros y clasificación de minerales 16 3.1. Separación 16

3.2. Eficiencia de separación 17 3.3. Factores incidentes 19

3.4. Estratificación 20 3.5. Espesor masa vibrada 21 3.6. Inclinación del harnero 21

3.7. Sentido de rotación 21

3.8. Velocidad de flujo 22 3.9. Tipos de harneros 22 Capítulo IV: Normas de seguridad 26 4.1 Equipos de protección personal adecuados al área. 26 4.2 Análisis de riesgos aplicado a tareas en la operación de equipos de chancado 26


Introducción

Este MANUAL está dirigido a los supervisores de la empresa K+S, su objetivo es ayudar a recordar, actualizar y reforzar los conocimientos ya adquirido. Sin lugar a dudas el buen desempeño laboral se logra en la medida que se consigue compatibilizar eficientemente, el conocimiento, la actitud y el quehacer con el cargo que tienen que desempeñar para de este modo alcanzar los objetivos de la empresa. De esta manera la empresa podrá asegurar que su personal adquiera nuevas competencias a través de la capacitación, logrando alcanzar de este modo los requisitos de las competencias del cargo, en su área de desempeño.


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Capítulo I: Proceso de chancado 1.1. Definiciones Algunos conceptos básicos que se usan en el texto son: el tamaño de las partículas y la distribución granulométrica. 1.1.1. Tamaño de partículas El tamaño de una partícula es una medida representativa de su extensión en el espacio. Esta puede ser caracterizada por una dimensión lineal. Dependiendo de la técnica de medición empleada, se puede también caracterizar el tamaño de una partícula en función de su área superficial, su volumen, su masa, siendo posible definir asimismo relaciones matemáticas de equivalencia entre las distintas metodologías. En las faenas mineras, la técnica utilizada consiste en el uso de mallas o tamices con una abertura estándar calibrada, como la Serie de Tamices Tyler, los cuales tienen relación con el número de aberturas por pulgada lineal que tiene la malla, es por eso que cuanto mayor sea el numero Tyler, más pequeña será la partícula. 1.1.2. Distribución granulométrica En las diversas etapas de conminución del mineral tendientes a liberar las especies valiosas de la ganga, se producen partículas de variados tamaños. A objeto de caracterizar el comportamiento metalúrgico del material en cada operación individual, surge entonces la necesidad de cuantificar la cantidad de partículas de un tamaño dado con respecto al total de partículas en la muestra, propiedad denominada “distribución granulométrica” o simplemente “granulometría” del material. La metodología utilizada en las plantas de tratamiento de minerales consiste en hacer pasar la muestra a ensayar por una serie de tamices ordenados secuencialmente de mayor a menor abertura, en forma descendente. A este procedimiento se le denomina “análisis granulométrico” de la muestra. Se acostumbra además graficar, en papel logarítmico, el porcentaje acumulado pasante versus la abertura de la malla en micrones, lo que se denomina como “perfil granulométrico”. En esta curva se acostumbra definir algunos tamaños de partícula característicos, como el tamaño d80 que corresponde a aquella abertura de malla a través de la cual pasa el 80% del peso del material.


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1.2. Tipos de procesos La trituración es la primera etapa mecánica en el proceso de conminución, en la cual el principal objetivo es la liberación de los minerales valiosos de la ganga.

Generalmente el chancado es una operación en seco y normalmente se realiza en dos o tres etapas.

Chancado Primario: Con material proveniente de la mina y su principal objetivo es reducir el tamaño del material, de modo de facilitar su transporte desde la mina misma, donde se realiza, hasta el lugar de proceso, donde se almacena.

Chancado Secundario: La trituración secundaria incluye todas las operaciones para aprovechar el producto de la trituradora primaria desde el almacenamiento de la mena hasta la disposición del producto final de la trituradora. El chancado secundario generalmente consiste en una o dos etapas de reducción de tamaño con trituradoras y cribas apropiadas.

Chancado Terciario: Normalmente estos circuitos van acompañados de las correspondientes etapas de clasificación para evitar la excesiva producción de finos y aumentar la capacidad del equipo.

Respecto de las cribas, cuando se trata de tamaños gruesos, la separación se produce por impedimento físico de una superficie provista de aberturas, la que retiene sobre ella aquellas partículas con tamaños mayores que su abertura; en este caso la operación se denomina harneado. Cuando los tamaños de la distribución son relativamente pequeños, la separación se realiza haciendo uso de principios hidrodinámicos (sedimentación) y la operación recibe el nombre de clasificación. Se puede usar tanto circuito abierto o cerrado según sea el destino del producto de chancado. Sin embargo, el circuito cerrado da una mayor flexibilidad a la Planta El uso del circuito cerrado permite además tener un material de tamaño más homogéneo, compensar algunos problemas de mayor o menor humedad del material o desgaste de la máquina, lo que se logra abriendo o cerrando la abertura del chancador para ajustarse a la mayor o menor carga circulante.


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1.2.1. Tipos de circuitos

a) Circuito Abierto: no existe ningún tipo de recirculación del material.

b) Circuito cerrado directo: Hay recirculación de material de sobre tamaño, es

decir, limita el tamaño (la eficiencia de tamaño es importante), primero se chanca y luego se clasifica.

c) Circuito cerrado inverso: Elimina el material de tamaño deseado a la siguiente etapa y el material restante continúa en la reducción de tamaño. Ayuda a descongestionar el equipo de harneado e impide el paso de material grueso a la etapa siguiente. Primero se clasifica y luego se chanca.

F1

b´´ F2

F3

F1

b´´

F2

Donde b´´ = Abertura en Pulgadas

Donde b´´ = Abertura en

Pulgadas

P


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1.3. Distribuciones granulométricas

1.3.1. Granulometría La distribución granulométrica es como se distribuyen los tamaños de las partículas cuando estas atraviesan diferentes mallas de medidas ordenadas de mayor a menor abertura, donde se tomara apuntes del peso retenido en cada malla para luego proceder a su grafica. Una adecuada caracterización de las partículas, es un requisito para cuantificar el comportamiento de un sistema particulado, como lo es una mena proveniente de la mina, en que los tamaños pueden variar desde un metro hasta un micrón de diámetro.

En un circuito de chancado esta caracterización permite determinar su calidad, y establecer el grado de liberación de las partículas valiosas desde la ganga.

En una etapa de separación, el análisis del tamaño de los productos se usa para determinar el tamaño óptimo de alimentación al proceso para alcanzar la máxima eficiencia, y así, minimizar cualquier posible pérdida que ocurra en la Planta.

Así, un método para análisis de tamaño de partícula debe ser exacto y confiable, ya que se pueden hacer cambios importantes en la operación de la planta basados en los resultados de las pruebas de laboratorio.

A través del tiempo se han planteado diversas formas de caracterizar el tamaño de una partícula basadas principalmente en la aplicación que se hará de él o en el método utilizado para determinarlo (diámetro equivalente, diámetro superficial, entre otros). Los datos registrados de cualquier análisis de tamaños se deben acompañar, cuando sea posible, de alguna observación que indique la forma aproximada de las partículas.

b´´

Reducción de tamaño

F2

F1

Donde b´´ = Abertura en

Pulgadas

P


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Generalmente las descripciones como "granular" o "acicular" son bastante adecuadas para indicar la forma aproximada de la partícula en cuestión. Algunos de estos términos son los siguientes:

Acicular : Forma de aguja.

Angular : Forma puntiaguda o forma burdamente poliédrica.

Cristalina : Forma geométrica libremente desarrollada en un medio fluido.

Dendrítico : Ramificaciones en forma cristalina.

Fibroso : Regular o irregularmente filamentado.

Escamoso : En forma de hojas o láminas.

Granular : Tiene aproximadamente una misma forma irregular tridimensional.

Irregular : Carece de cualquier simetría.

Modular : Tiene forma redonda irregular.

Esférica : Forma globular.

Entonces la unidad de trabajo para describir la materia, es la partícula; y el tamaño de la partícula es una descripción de su extensión en el espacio. Esta descripción puede describirse en forma lineal (diámetro), área o volumen.

1.3.2. Tamices Existen diversas ordenaciones de tamices (ver Tabla N°1), según la progresión en que se disminuyan las aberturas de las mallas. Cada ordenación particular recibe el nombre de Serie. Citaremos como ejemplo las series de tamices siguientes:

ISO, vigentes desde 1967.

NF, X11-501, vigentes desde 1970, Francia.

ASTM, E11-70, vigente desde 1970, USA y Canadá.

Tyler, USA.

DIJ, 4188, vigente desde 1969, Alemania.

BS, 410, vigente desde 1969, Reino Unido.

Cada tamiz está constituido por un bastidor metálico, que puede ser de acero inoxidable o latón, y una malla colocada cerrando el fondo del bastidor, la cual está tejida con hilos de acero inoxidable o de bronce.


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Figura N°1.-Tamiz Tyler

Es un equipo para clasificación granulométrica, el cual consiste en mallas con diferentes aberturas y espesor de los alambres que la conforman. El fabricante (Tyler) le asignó un número a cada tamiz que hace corresponder a un determinado número de aberturas por pulgada lineal que tiene la malla.

Tabla N°1

SERIES DE TAMICES

Aberturas Malla U.S.

Pulgadas Milímetros Tyler No.

1.080 28.67 .742 18.86 .828 13.33 .371 9.423 .283 8.680 3 .185 4.699 4 4 .131 3.327 6 6 .003 2.362 8 8 .085 1.651 10 10 .046 1.168 14 20 .0328 .833 20 20 .0232 .589 28 30 .0164 .417 35 40 .0116 .295 48 50 .0082 .208 65 70 .0058 .147 100 100 .0041 .104 150 140 .0029 .074 200 200 .0029 .074 200 200


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Para facilitar el paso de las partículas de una porción de muestra a través de las mallas de una serie de tamices se sacude la columna de tamices, por 10 a 15 minutos, en equipos mecánicos destinados para ese efecto. Para esta función se ofrecen equipos llamados en general SHAKER y RO-TAP (ver Figura N°2). Los primeros provocan vibración en la serie de tamices y los otros imprimen a las partículas un movimiento rotativo excéntrico horizontal y además un movimiento brusco vertical.

Figura N°2: RO-TAP

1.3.3. Análisis granulométrico El objetivo de este análisis es conocer la distribución de tamaño del material en cuestión. Esto se realiza haciendo pasar el incremento o muestra a través de una serie de tamices, y la fracción retenida en cada malla, se expresa como un porcentaje parcial de peso referido al peso total del material utilizado en el análisis.

Consideraremos una base de cálculo de 500 g. de un mineral cualquiera:

MALLA Mi (g) f3(x) (%) F3(x) (%) R3(x) (%)

100 20 4 96 4

150 50 10 86 14

200 100 20 66 34

270 60 12 54 46

- 270 (plato) 270 54 ------- 100


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Mi (g) : Cantidad de material por tamiz.

f3(x) (%) : Porcentaje de material retenido por tamiz.

F3(x) (%) : Porcentaje de material pasante.

R3(x) (%) : Porcentaje retenido acumulado.

Las fórmulas utilizadas para la confección de la tabla anterior son:

f3(x) (%) 100* tamizadoTotal Peso

Parcial Retenido Peso

F3(x) (%) = )(3 xf

R3(x) (%) = 100 - F3(x)

Una de las variables más importantes a considerar en ésta etapa, es ver el grado más adecuado de trituración, porque una trituración deficiente dejará partículas minerales ocluidas en la ganga que será a posterior muy difícil de recuperar, y una trituración excesiva un gasto innecesario y perjudicial de Energía. Si se hace pasar a través de una serie de tamices Normalizados una porción de mineral y se agita mecánicamente, en un período de tiempo dado en cada uno de ellos quedará retenido una cierta cantidad de mineral que será de un rango de tamaños inferior al tamiz que ésta sobre él y superior al tamiz en el cual quedo retenido y si dividimos el peso de cada una de las porciones por el peso total obtendremos el porcentaje retenido en cada una de las mallas. Por lo tanto sabemos que en cada malla a quedado retenida una cierto porcentaje del material; por ejemplo, si la primera malla a quedado retenido un 10% de material y en la segunda un 5%, podemos referirnos a otro concepto. El Acumulado Pasante en el porcentaje total que a pasado por la malla respectiva, en el caso anterior si la primera malla tenía un 10% de retenido entonces el 90% del mineral se encuentra bajo ésta malla, y el 85% se encuentra bajo la 2ª malla. Al llegar a este concepto se puede realizar un gráfico semi-log, en el cual se expresa en la parte logarítmica la abertura en micrones de cada una de las mallas (En el eje logarítmico X) y su acumulado pasante respectivo (En el eje Decimal). Este gráfico presenta una curva característica que varía con respecto a cada mineral y diferentes tipos de chancados y abertura de éstos.


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Debemos pensar que el mineral al ser triturado presentará un amplia gama de tamaños, generalmente de varias pulgada hasta inferior a 0,05 mm, por lo tanto se necesitará en este primer proceso lograr un rango de tamaño que posibilite:

Liberar la partícula útil sólo lo necesario.

No provocar la excesiva producción de finos que a posterior perjudicará el proceso. Para lograr esto, se necesita realizar una serie de pruebas de chancado en el laboratorio, realizando en cada una de ellas un análisis Granulométrico, Microscópico, y Químico tanto de las especies de interés como de la ganga, esto para ver:

a) La banda granulométrica y su dispersión de tamaños, generalmente expresado en abertura en micrones de cada una de las mallas v/s % de material que a pasado a través del harnero respectivo.

b) Análisis Microscópico, en cada una de las mallas se observará el grado

de liberación de la o las especies útiles así como también el grado de liberación de la ganga.

c) Análisis Químicos: En cada una de las malas se obtendrán las leyes de

la especie útil de tal manera que se pueda determinar en cual malla esta más concentrado la especie útil, cual es el rango de tamaños en que es encuentra mayormente, Sí aumenta ésta cantidad en las mallas o tamices finos etc.

De acuerdo a estos parámetros se puede determinar cual es el rango de tamaños óptimo que se debe obtener. Y una vez logrado se debe reproducir de igual modo a nivel Industrial o Planta. El siguiente es el análisis granulométrico de una muestra de mineral que tiene una ley de Cu de 1,4%


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Análisis granulométrico

Figura N°3: Distribución de tamaños porcentaje acumulado V/S abertura en micrones.

Nº Malla % Retenido Abertura Malla Abertura promedio Ley

Tyler (micrones) (micrones) Fino Cu Fino másico

1/2 0 12700 12700 100

3/8 3,66 9,5 11100 96,34 1,77 0,064782

3 15,54 6,7 8100 80,80 1,74 0,270396

4 16,86 4,75 5725 63,94 1,71 0,288306

6 14,77 3,35 4050 49,17 1,23 0,181671

8 11,26 2,36 2855 37,91 1,41 0,158766

10 10,62 1,7 2030 27,29 1,17 0,124254

14 7,96 1,18 1440 19,33 1,08 0,085968

20 3,86 850 1015 15,47 1,08 0,041688

28 2,77 600 725 12,70 0,99 0,027423

35 2,03 425 513 10,67 0,87 0,017661

48 1,67 300 363 9,00 0,78 0,013026

65 1,47 212 256 7,53 0,81 0,011907

100 1,28 150 181 6,25 0,66 0,008448

200 2,36 75 113 3,89 0,69 0,016284

.200 3,75 -75 75 0,14 0,69 0,025875

ley total 1,34

%

Acumulado

Distribución granulométrica

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10 100 1000 10000 100000

Abertura en micrones

Po

rce

nta

je a

cu

mu

lad

o


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Capítulo II: Conminución de minerales 2.1. Objetivo de la conminución El objetivo principal del proceso de conminución es liberar las partículas valiosas de algunos materiales heterogéneos y prepara productos de una cierta granulometría, con propiedades particulares de superficie, que los haga aptos a las etapas de concentración de minerales, que normalmente sigue al proceso de conminución. Por lo tanto, se trata de diseñar equipos que permitan la adecuada reducción de tamaño de las partículas que se alimentan al proceso. Según las características mecánicas de estos equipos, la conminución se divide en chancado y molienda. La etapa de chancado se realiza con material seco, preferentemente, y el mecanismo de reducción de tamaño es la compresión o el impacto. Mientras que la etapa de molienda se realiza principalmente en húmedo y el mecanismo de reducción es la abrasión y el impacto del material, por el movimiento de los medios de molienda utilizados. El chancado o trituración se aplica en la conminución del mineral desde que es extraído de la mina hasta aproximadamente 1 cm. Mientras que se habla de molienda para referirse a la conminución de tamaños pequeños, 1cm a 10 μm. Tanto el chancado como la molienda se subdividen a su vez en dos o tres etapas que se denominan primaria, secundaria y terciaria. Dado que en algunos casos estas etapas de conminución pueden realizarse con el mismo tipo de equipos, los límites entre ellas no son rígidos. Más aún, es posible que en algunas plantas en particular no se haga uso de todas ellas. 2.2. Tipos de esfuerzos aplicados Los minerales poseen estructuras cristalinas y sus energías de unión se deben a los diferentes tipos de enlaces que participan en la configuración de sus átomos. Estos enlaces interatómicos son efectivos sólo a corta distancia y pueden ser afectados por la aplicación de esfuerzos de tensión o compresión. Para desintegrar un material se necesita menor energía que la teórica, debido a que el material presenta fallas que pueden ser: macroscópicas (grietas) y/o microscópicas. Se ha demostrado que éstos son sitios en que al aplicar esfuerzos, ellos se concentran en dichas fallas, las que se activan y aumentan a lo largo de la grieta, acrecentando de esta forma la concentración de esfuerzos y causando una rápida propagación de la grieta, lo que finalmente produce la fractura.


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La fractura se puede producir debido a la aplicación de alguno de los siguientes esfuerzos: compresión, impacto y abrasión. 2.3. Teoría de Bond

Como los postulados de Kick y Rittinger no satisfacían todos los resultados experimentalmente observados en la práctica, y como se necesitaba en la industria de una norma estándar para clasificar los materiales según su respuesta a la conminución, Bond postuló en 1952 una ley empírica que se denominó la “Tercera Ley de la Conminución”. Dicha teoría puede enunciarse como sigue: “ La energía consumida para reducir el tamaño 80% de un material, es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del tamaño 80%; siendo este último igual a la altura del tamiz (en micrones) que deja pasar el 80% en peso de las partículas”. Bond definió el parámetro KB en función del Work Index, WI (Indice de Trabajo del material), que corresponde al trabajo total (expresado en kWhr/ton corta) necesario para

reducir una tonelada corta de material desde un tamaño teóricamente infinito (Df ∞) hasta partículas que en un 80% sean inferiores a 100 micrones (dp = 100 μm, o sea, aproximadamente 67% - 200 mallas).

El parámetro Wi (índice de trabajo de Bond) depende tanto del material (resistencia a la conminución) como del equipo de conminución utilizado (incluyendo la malla de corte empleada en el clasificador, para circuitos cerrados de conminución/clasificación), debiendo ser determinado experimentalmente (a escala estándar de laboratorio) para cada aplicación requerida.

Durante el desarrollo de su Tercera Teoría de la Conminución, Fred Bond consideró que no existían rocas ideales ni iguales en forma, y que la energía consumida era proporcional a la longitud de las nuevas grietas creadas. La correlación empírica efectuada por F. Bond, de varios miles de pruebas estándar de laboratorio con datos operacionales de Planta, le permitió ganar ventaja con respecto a la controversia Kick-Rittinger, haciendo que su teoría funcionara tanto para chancado como Molienda, con un error promedio de estimación del ± 20% para la mayoría de los casos estudiados por el autor.

Bond basó su Tercera Ley de la conminución en tres principios fundamentales, los que a su vez se basan en mecanismos observados durante la reducción de tamaño de las partículas. Dichos principios son:

a) Primer Principio: Dado que una partícula de tamaño finito ha debido

obtenerse por fractura de una partícula de tamaño mayor, todas ellas han debido consumir una cierta cantidad de energía para llegar al tamaño actual. Se puede considerar, entonces, que todo sistema de partículas tiene un cierto “registro energético” o nivel de energía, correspondiente a toda la energía consumida para llevar las partículas al tamaño señalado.


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Solamente una partícula de tamaño infinito tendría un registro energético igual a Cero (valor de referencia inicial usado por Bond, en el desarrollo de su Tercera Ley de la Conminución).

Consumo de Energía = Registro de Energía - Registro de Energía

del Producto de la Alimentación b) Segundo Principio: El consumo de energía para la reducción de tamaño es

proporcional a la longitud de las nuevas grietas producidas. Como la longitud exterior de una grieta es proporcional a la raíz cuadrada de su superficie, se puede concluir que la energía consumida es proporcional a la diferencia entre la raíz cuadrada de la superficie específica obtenida después y antes de la conminución.

De acuerdo a lo estipulado por Bond, el parámetro W1 (índice de trabajo) es una función del material, del equipo de conminución y de las condiciones de operación. Por esta razón, para ser útil debe determinarse bajo condiciones experimentales estándar de laboratorio.

c) Tercer Principio: La falla más débil del material determina el esfuerzo de

ruptura pero la energía total consumida está controlada por la distribución de fallas en todo el rango de tamaños involucrado, correspondiendo al promedio de ellas.

En general la teoría de Bond se puede enunciar como: “La energía consumida para reducir el tamaño 80% de un material, es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del tamaño 80%; siendo este último igual a la abertura del tamiz ( en micrones) que deja pasar el 80% en peso de las partículas. Así también definido el índice del trabajo como:

Donde:

P80: Tamaño 80% pasante del producto (m).

F80: Tamaño 80% de la alimentación (m). Wi: índice de trabajo del material (KWH/TC) W: Consumo de energía específica (KWH/TC), para reducir un material desde un tamaño inicial F80 aun tamaño final P80:

W = Wi ( 10 - 10 )

P801/2

F801/2


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2.4. Características de un equipo ideal Un equipo ideal es aquel equipo que requiere una mantención mínima, que conminuya el material en el perfil granulométrico requerido y que para ello consuma la menor energía posible. Que no se atolle, o en caso de hacerlo que disponga de tecnología para su desatollo, minimizando el tiempo en relación a un desatollo manual. Que mantenga un setting estable, a modo de que no sea necesario su calibrado de forma tan reiterada. 2.5. Índice de trabajo El Indice de Trabajo WI, es un parámetro que depende del material y del equipo de conminución, por lo que es conveniente que en su obtención se utilice un mecanismo de ruptura similar al de la máquina, para lo cual se efectúa la determinación. El WI (expresado en KWH/TC) se calcula mediante la siguiente fórmula:

WI = 2,59 x C DS

Donde: WI = Indice de Trabajo del Material aplicable a chancado (KWH/TC) DS = Gravedad específica del sólido. C = Esfuerzo del impacto aplicado, necesario para fracturar el material (lb-pie/pulg de espesor de la roca) 2.6. Consumo de energía El consumo de energía es un factor muy importante en toda faena minera, los costos energéticos son muy elevados, representando cerca 20% de sus ingresos, donde la etapa de conminución representa cerca de un 60% de los costos totales de energía. Todos estos equipos son eléctricos, y cuando trabajan sobre cargados, en panel avisa un aumento en amperaje, lo que significa que están operando a un mayor consumo energético, también el consumo aumenta en la puesta en marcha de estos equipos, sobre todo en molinos y chancadores giratorios, es por eso que el operador debe trabajar con los equipos lo más aliviados posibles y que las detenciones sean mínimas, verificar que los equipos estén correctamente engrasados y que no existan elementos que produzcan roces innecesarios. Para el cálculo de la energía se utilizan las siguientes relaciones:


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Capítulo III: Harneros y clasificación de minerales 3.1. Separación

Es la operación en la que se produce la separación de un sistema particulado, de una cierta distribución granulométrica, en dos fracciones, una con una distribución en que prevalecen los tamaños mayores y otra en la que prevalecen los tamaños menores. Esta operación es de amplio uso industrial y su objetivo principal es manipular las distribuciones de tamaños de los flujos de una planta con el fin de optimizar el comportamiento de otras operaciones.

El principio utilizado para producir la separación depende de la magnitud de los tamaños de las partículas que componen el sistema. Cuando se trata de tamaños gruesos la separación se produce por impedimento físico de una superficie provista de aberturas, la que retiene sobre ella aquellas partículas con tamaños mayores que su abertura; en este caso la operación se denomina harneado. Cuando los tamaños de la distribución son relativamente pequeños, la separación se realiza haciendo uso de principios hidrodinámicos (sedimentación) y la operación recibe el nombre de clasificación. No existe un tamaño de partícula que represente una frontera entre la aplicación de estos dos principios, sino que más bien ésta queda definida principalmente por la eficiencia de los equipos y la magnitud y naturaleza de la operación. Existe una gran variedad de propósitos que justifican una separación por tamaños, los principales, en la industria minera son:

Prevenir la entrada de finos a las etapas de reducción de tamaño, se evita la producción de lamas y se aumenta la capacidad y eficiencia del proceso.

Prevenir que los gruesos pasen a la siguiente etapa, en circuito cerrado en operaciones de reducción de tamaño.

Preparar un material de rango de tamaños más estrecho para aumentar la eficiencia de otras operaciones en el procesamiento de minerales: flotación, concentración gravitacional, etc.


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Representación de separación por tamaño F0 = Flujo de alimentación Ejemplo: sea una muestra de 100 kg: o = 70% + 3’’ = 70 kg u = 30% - 3’’ = 30 kg - Evita la contaminación por tamaño de partículas inadecuadas en etapas

posteriores en un proceso. - Evita el paso de material fino a una máquina que perjudique su funcionamiento

con ese material

3.2. Eficiencia de separación La operación de separar partículas, en forma mecánica, y en base a su tamaño se denomina harneado. Es una operación de amplio uso industrial, presentando una gran variedad de equipos. Se realiza normalmente sobre materiales gruesos, perdiendo eficiencia rápidamente con la disminución del tamaño de la partícula. En forma simple un harnero es una superficie con una multiplicidad de aberturas de una cierta dimensión. De tal forma que al pasar un sistema particulado sobre ella retendrá las partículas con tamaños mayores que la abertura, dejando pasar las de tamaño menor. Estas superficies están constituidas por barras paralelas, placas perforadas o mallas de alambres.

F0, F

O (oversize)

o

3’’ u

U (undersize)

Abertura


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El material retenido se denomina "sobretamaño" (oversize) y el material que pasa se denomina "bajotamaño" (undersize). En el caso que existan dos superficies separadoras, el tamaño de la partícula que pasa la primera superficie y queda retenida en la segunda se denomina "intermedio" Las superficies con aberturas pequeñas son por naturaleza más caras y de menor resistencia física, presentando además, en la operación, una alta tendencia a bloquearse con partículas retenidas. Esto hace que la operación de harneo se vea en la práctica, restringida a materiales con tamaños mayores que 250 micrones. 3.2.1. Eficiencia de harneado La eficiencia de esta operación debe estar obviamente relacionada con la perfección con la que se realiza la separación del material en las dos fracciones, respecto de la abertura del harnero. En la operación se requiere de alta capacidad y alta eficiencia, esto implica un compromiso entre ambos para tener resultados óptimos. La eficiencia de operación depende de la probabilidad de la partícula de pasar a través del harnero, una vez que alcanza la superficie. Esto depende del número de veces que la partícula choca con la superficie y de la probabilidad de paso en cada choque. No existe un criterio universalmente aceptado para caracterizar una operación de harneado. Los más utilizados son aquellos que definen una eficiencia en base a la recuperación de un material de un cierto tamaño, o en base al material mal clasificado en cada flujo, o una combinación de ambos. Una buena eficiencia consiste en evitar el mínimo de arrastres, ya sea arrastres de finos en el sobre tamaño por estratificación o arrastres de gruesos en el bajo tamaño por rotura de malla. 3.2.2. Formulación eficiencia de harneado (E) El harneo es una operación que se realiza en seco, para la formulación de la eficiencia sólo se acepta el porcentaje de humedad propio que trae el material. Donde: Ot = Cantidad de material que teóricamente debiera ir en el “flujo de sobre tamaño”.

100 * Op

Ot E


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Op = Cantidad de material efectivo que va en el “flujo de sobre tamaño”. Ecuaciones de balance de masa: 1.- F = O + U (Flujo másico global)

2.- F * f = O * o * U * u (Flujo másico por tamaño)

F : flujo másico f : porcentaje de material retenido parcial 3.3. Factores incidentes La eficiencia de una operación de harneado está relacionada íntimamente con su capacidad. Así, un flujo de alimentación bajo permitirá un mayor tiempo de residencia del material en el harnero, lo que contribuirá a una separación más perfecta. En la práctica, el factor económico lleva a operar con flujos relativamente altos, lo que reduce el tiempo de residencia y aumenta el espesor de la cama de material que fluye sobre el harnero, y a través de la cual deben movilizarse las partículas finas hacia la superficie del harnero. El efecto neto es una reducción en la eficiencia. Una alta capacidad y eficiencia son requerimientos opuestos para una operación dada, por lo que debe llegarse a una situación de compromiso para alcanzar un resultado óptimo. Para una capacidad dada, la eficiencia de la operación de harneado depende de la probabilidad que tiene la partícula de pasar a través del harnero una vez que ha alcanzado su superficie. Esta probabilidad está dada por el producto del número de veces que la partícula choca con la superficie multiplicado por la probabilidad de paso en cada uno de los choques. El número de veces que la partícula choca con la superficie depende tanto del flujo de alimentación como de la vibración que se induzca al harnero. Esta tiene como objetivo aumentar la eficiencia reduciendo el bloqueo de la malla e induciendo segregación en el lecho de partículas, lo que permite al fino alcanzar la superficie. Por otra parte, existen varios factores que afectan la probabilidad de paso de la partícula a través de la malla:

El ángulo de aproximación de la partícula a la superficie: Mientras más perpendicular sea esta aproximación, mayor será la probabilidad de paso.


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Orientación de la partícula: Para partículas de forma irregular siempre existirá una orientación en que ésta presentará una sección transversal mínima, lo que aumenta la probabilidad de paso.

La fracción de área libre de la superficie: Esta fracción de área decrece al disminuir el tamaño de la abertura.

Naturaleza del material: Es otro factor muy importante, pues la eficiencia se reduce drásticamente cuando existe una alta fracción de partículas con tamaños cercanos a la abertura, ya que esta situación favorece el bloqueo de la malla reduciéndose significativamente el área libre.

Humedad y presencia de arcillas: Estas producen aglomeración de partículas y bloqueo de las aberturas. El harneado debe realizarse preferentemente con materiales secos o con pulpas, pero nunca con materiales con alta humedad. El harneado de pulpas es más eficiente que en seco, pues el agua lava las partículas gruesas y limpia la superficie del harnero; sin embargo, el costo de secado de los productos hace que se prefiera la operación en seco.

Superficie de harneado: El tipo de superficie a utilizar en una aplicación específica depende de la abertura requerida y de la naturaleza del trabajo. Para la operación con partículas de gran tamaño, como el flujo de alimentación a la planta desde la mina o la alimentación a chancadores primarios, se utiliza el sistema de barras paralelas (parrillas) debido a su mayor resistencia física. Las mallas de alambre de acero son las superficies de más amplio uso, especialmente en los circuitos de chancado secundario y terciario. Se encuentran con aberturas cuadradas o rectangulares con diversas tramas. Utilizándose las cuadradas preferentemente para partículas gruesas y las rectangulares para partículas finas o materiales que al fracturarse tienden a formar láminas como es el caso de la mica. La placa perforada es también otro tipo de superficie de separación utilizada en la industria. Estas placas pueden ser, de acero con aberturas circulares o cuadradas y cada vez con mayor frecuencia, de goma de poliuretano debido a su mayor resistencia experimental que indica una vida cinco veces superior de este tipo de superficies respecto de la malla de alambre.

3.4. Estratificación La estratificación consiste en el ordenamiento por tamaño de las partículas, donde los tamaños gruesos quedaran retenidos en la parte superior de la superficie de harneado y los tamaños finos pasaran a través de las aberturas.


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La probabilidad de la partícula de pasar a través del harnero, una vez que alcanza la superficie va a depender del número de veces que choque con la superficie y de la probabilidad de paso en cada choque, pero cuando una partícula tiene el mismo tamaño de la abertura, provocara su obstrucción, ocasionando que se acumule material sobre esta y que el material no sea clasificado, impidiendo su estratificación. Como estas superficies son vibratorias, la vibración provocara que los tamaños finos bajen bordeando los tamaños gruesos, un espesor de lecho optimo implicara una mejor estratificación. 3.5. Espesor masa vibrada El espesor de la masa vibrada, también conocido como lecho o cama, es la altura que posee el material sobre la superficie del harnero, esto es un factor muy importante puesto que un lecho alto tendrá una menor separación, reduciendo la eficiencia del proceso, mientras que un lecho muy delgado la planta tendrá una menor capacidad de procesamiento ya que para que ello ocurra es necesario bajar la velocidad de alimentación. 3.6. Inclinación del harnero Los harneros funcionan normalmente con inclinaciones de 18 a 25 grados. Una inclinación reducida normalmente disminuye la velocidad de desplazamiento e, inversamente, un aumento en la inclinación hace aumentar la velocidad de desplazamiento. La inclinación óptima del harnero queda determinada por su longitud, la situación del mecanismo con respecto a la bandeja superior o a la segunda, la amplitud del movimiento, las revoluciones del mecanismo, la dirección de rotación (en el sentido del paso del material o en el contrario), el tamaño del material, la humedad en el material, el carácter del material, etc. 3.7. Sentido de rotación A menos que se especifique de otro modo, el mecanismo se monta con la polea en el lado derecho. El sentido de rotación se determina desde el extremo de alimentación frente al harnero, en la dirección del paso del material. Dirección de rotación La rotación en el sentido del paso del material aumenta la velocidad de éste sobre la bandeja del harnero y da como resultado un aumento de capacidad.


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La rotación en sentido contrario al paso del material con la misma inclinación disminuye la velocidad de desplazamiento del material sobre la bandeja y da como resultado una menor capacidad, pero con una mayor eficacia. La rotación en sentido contrario al paso del material aumenta la tendencia de las partículas marginales o de tamaño similar a tapar o cegar los huecos de la superficie del harnero. Por esta razón, un harnero que funcione en sentido contrario al paso del material debe montarse con una mayor inclinación. 3.8. Velocidad de flujo La velocidad de flujo consiste en el tonelaje de procesamiento por unidad de tiempo, una mayor velocidad de flujo podrá provocar un aumento en la altura de lecho del harnero, disminuyendo la eficiencia y aumentando la recirculación, lo que provocara que los equipos trabajen más sobre cargados, por el contrario una velocidad de flujo menor disminuirá la capacidad de procesamiento, es por eso que la velocidad de flujo de alimentación debe ser probada a diferentes velocidades para determinar la velocidad optima la cual implique un menor costo energético, versus flujo de producto bien clasificado. 3.9. Tipos de harneros

Existe un buen número de harneros industriales que generalmente se agrupan en: estacionarios, móviles y vibratorios. 3.9.1. Harneros Estacionarios (Parrillas o Grizzly) Son dispositivos que están constituidos por un conjunto de barras de acero paralelas, dispuestas en un marco y ubicadas en la misma dirección del flujo de material. Se utilizan para la separación de sistemas constituidos por partículas gruesas en los circuitos de chancado. La parrilla se ubica con una inclinación que varía entre 20 y 50 grados para permitir el escurrimiento de las partículas y espaciadas de acuerdo con el grueso de los trozos que se desean retener, a la vez que divergen ligeramente hacia abajo con el objeto de reducir a un mínimo de el atascamiento de los trozos entre las dos barras cualesquiera; así entonces mientras mayor es su inclinación mayor es la capacidad, pero menor su eficiencia. Esta última es baja desde cualquier punto de vista debido a la velocidad con que pasan los trozos y a la falta de agitación de los trozos de tamaño crítico, considerando que éstos tienen tendencia a resbalar en vez de rodar. Su principal empleo es el de eliminar, en la alimentación que se envía a un chancador, el tamaño menor que el de salida, y como el residuo de este tamaño que se encuentre en dicha carga no afecta el rendimiento del chancador de modo apreciable, las toneladas son muy amplias.


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Los principales inconvenientes de las parrillas son la pérdida de altura debido a su pendiente tan inclinada, y el obstáculo que presentan los trozos acuñado entre las barras. 3.9.2. Harneros Móviles (Trommel ) Este dispositivo está constituido por una malla cilíndrica que gira sobre su eje. Suelen ubicarse en serie, uno a continuación del otro o en forma concéntrica. Ubicarlos el línea tiene el inconveniente que la malla más fina recibe toda la alimentación (malla físicamente más débil); y en forma concéntrica, el inconveniente es que, es difícil detectar y reparar fallas en las mallas interiores. Se utilizan en seco o con pulpas, son de bajo costo pero tienen una baja capacidad. Los diámetros oscilan entre 60 y 270 cm, y la longitud entre 0,9 y 12 metros. Las velocidades de las envueltas de la malla perforada son del orden de 35 a 40 porciento de aquella a que las partículas se adherían a ella por efecto de la fuerza centrífuga, y que se conoce con el nombre de velocidad critica. La eficiencia es baja y oscila entre un 15% de paso en el rechazo para un trabajo eficaz, a un 30 a 40% de promedio para el harneado en húmedo con abertura de malla del orden de 0,065 cm.

Figura N°4: Harnero trommel en la descarga de un molino


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3.9.3. Harneros Vibratorios Es el equipo más utilizado en el procesamiento de minerales. Su mayor aplicación está en los circuitos de chancado. Está constituido por una malla de acero o plancha de goma perforada montada en un marco, al cual se le induce una vibración vertical en forma mecánica o eléctrica. Esto es, mediante solenoides unidos al marco, o mediante una polea excéntrica o descompensada. Todo este sistema está montado sobre resortes o soportes de goma. Como ya se planteó, se induce vibración al harnero para que, disminuyendo el bloqueo de la superficie y provocando segregación de la cama de material, se aumente la eficiencia de separación. Sin embargo, un movimiento muy amplio, reduce la eficiencia, ya que las partículas tienden a rebotar sobre la superficie disminuyendo el número de contactos con ella. Frecuencias altas se utilizan preferentemente con flujos altos, ya que la altura de la cama de partículas amortigua la tendencia a rebotar. Los harneros vibratorios son anchos y de poca profundidad, provista de fondos perforados. Estos tienen inclinaciones comprendidas entre cero y 35 grados, y las frecuencias de sacudida oscilan entre 600 y 3600 min.. La eficiencia de estos harneros tienden a ser inferior a las cilíndricas y de sacudidas en el caso de aquellas que tienen inclinaciones superiores a los 25 grados, que constituyen la inmensa mayoría. Como ocurre con todos los harneros el rendimiento es tanto menor cuando más fina es la malla, ya que esto tiende a disminuir los efectos de la fuerza de gravedad. La mayoría de los harneros se utilizan para separar partículas, en conjunto con operaciones de chancado, aunque existen una serie de aplicaciones diferentes. En la siguiente tabla se encuentra resumido el campo de aplicación de la operación de harneado.


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Operación y descripción Tipo de harnero

Descarte: Remover parte del sobretamaño desde una alimentación donde predominan finos.

Grueso: Grizzly Intermedio y fino: Idéntico al usado en separación

Separación, gruesos: Separación de tamaños de 4,75 mm. o mayores. Separación intermedia: Rango de 4,75 mm. a 425 micrones. Separación fina: separación menor a 425 micrones.

Harneros vibratorios, horizontales o inclinados. Harneros vibratorios, alta velocidad y harneros centrífugos. Malla estática. Harnero alta frecuencia.

Separación sólido y líquido: Extracción de agua libre de una mezcla bifásica. Tamaño 4,75 mm. o superior.

Harnero horizontal vibratorio. Harnero centrífugo (Trommel). Mallas estáticas.

Deslamado, concentración. Harneros vibratorios y centrífugos.


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Capítulo IV: Normas de seguridad 4.1 Equipos de protección personal adecuados al área.

Casco de seguridad

Zapatos de seguridad

Lentes de seguridad.

Guantes de seguridad

Protección auditiva

Respirador con filtro para polvo 4.2 Análisis de riesgos aplicado a tareas en la operación de equipos de chancado Es de vital importancia que el operador analice bien su área de trabajo a modo de evitar riesgos para su seguridad y del buen funcionamiento de los equipos, siempre deberá utilizar todos sus elementos de protección personal para su área de trabajo. En la operación es muy importante que el operador observe su entorno en forma eficiente y concentrado, manteniendo los acceso libres, despejados e iluminados, manteniendo una buena coordinación de las tareas en todo momento y verificando el sistema de protección de equipos en movimientos, al trabajar es importante la atención sobre las superficies de apoyo para evitar caídas y cuando deba hacer labores que ameriten la utilización del arnés de seguridad, este debe está asegurado con cabo de vida amarrado en algún soporte determinado, cuando sea necesario parar la alimentación hacia chancador primario siempre poner el semáforo en rojo y dar aviso inmediato a jefatura correspondiente. Está prohibido el tránsito de peatones y camionetas hacia la sala de control del chacador primario cuando se esté descargando un camión de extracción, el personal, deberá esperar dentro de la camioneta o algún lugar seguro hasta que el camión descargue y se retire del área. Al operar el pica rocas realizar los movimiento suaves y controlados, no debe usarse en movimientos laterales, en tareas riesgosas o que el trabajador se vea superado su esfuerzo debe pedir apoyo y cuando debe trabajar en limpieza de correas es necesario despejar el material de la correa para evitar desprendimiento de material. La operación del tecle siempre es lenta y con cuidado. Todo trabajador deber estar atento a los cambios en su área de trabajo, manteniendo siempre el respeto por la seguridad, teniendo en consideración que tanto la inexperiencia como el exceso de confianza son factores de riesgo.

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