MIN250-Laboratorio N° 1
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MIN250-PROCESAMIENTO DE MINERALES I
INGENIERÍA CIVIL DE MINAS
GUÍA DE LABORATORIO N° 1
CARACTERIZACIÓN FÍSICA DE MINERALES
1. OBJETIVOS
1.1. Objetivo general.
Determinar las principales propiedades físicas de una muestra de mineral.
1.2. Objetivos específicos.
Obtener muestras representativas a partir de un volumen mayor de la
misma muestra para determinar sus propiedades físicas.
Determinar la densidad de un mineral mediante las técnicas de
desplazamiento de volumen y picnometría.
Determinar la distribución granulométrica o la distribución de los
tamaños de las partículas de una muestra de mineral seca, por
separación a través de tamices.
2. INTRODUCCIÓN
La densidad real o peso específico es la relación entre la unidad de peso y
la unidad de volumen de la fase sólida de un mineral, siendo más o menos
constante, ya que está determinado por la composición química y mineralógica
de la fase sólida.
El peso específico de los componentes de un mineral es variado, por ejemplo
menor de 2,5 gr/cm3 (humus y yeso), 2,5 a 3,0 (arcillas, cuarzo, feldespatos,
calcitas, micas), de 3,0 a 4,0 (limonitas, piroxenos, olivinos) y mayor de 4,0
(hematitas y magnetitas).
No obstante, considerando que la mayor parte de los componentes del suelo
(aluminosilicatos, sílice) poseen una densidad oscilante entre 2,6 y 2,7 g/cm3,
se toma un valor medio de 2,65 gr/cm3 (valor adoptado al realizar el análisis
granulométrico). El contenido de los distintos elementos constituyentes de los
suelos es el que determina las variaciones de su densidad real, por lo que la
determinación de este parámetro permite por ejemplo estimar su composición
mineralógica. Si la densidad real es muy inferior a 2,65 gr/cm3, podemos
pensar que el suelo posee un alto contenido de yeso o de materia orgánica, si
es significativamente superior a 2,65 gr/cm3 podemos inferir que posee un
elevado contenido de óxidos de Fe o minerales ferromagnésicos.
MIN250-PROCESAMIENTO DE MINERALES I
INGENIERÍA CIVIL DE MINAS
El método del picnómetro, consiste en obtener el volumen de una muestra
de mineral en forma indirecta, determinando por pesada el volumen de agua
existente en un recipiente (picnómetro) con y sin muestra de mineral.
La densidad aparente se define como el peso de una unidad de volumen de
muestra de mineral que incluye su espacio poroso. La densidad aparente
refleja el contenido total de porosidad en un mineral y es importante para el
manejo de los suelos (refleja la compactación y facilidad de circulación de agua
y aire). También es un dato necesario para transformar muchos de los
resultados de los análisis de los suelos en el laboratorio (expresados en % en
peso) a valores de % en volumen en el campo.
Los ensayos de análisis granulométrico tienen por finalidad determinar la
distribución en tamaños de los granos o partículas que constituyen un suelo o
un mineral que será tratado metalúrgicamente. Dicha distribución condiciona,
en gran medida, las características y propiedades geotécnicas del suelo o del
proceso metalúrgico. La resolución de un análisis granulométrico, pueden ser
generalizados y cuantificados por expresiones matemáticas llamadas funciones
de distribución de tamaños, que relacionan el tamaño de partícula (la abertura
del tamiz que retiene o deja pasar a la partícula), con un porcentaje en peso,
generalmente el acumulado retenido o pasante. La curva obtenida por
mediante gráfico log-log es útil para determinar una malla de gran importancia
práctica como parámetro de control del proceso de conminución.
Se trata de la malla por la que pasa 80% del material, ya sea de alimentación,
F80, o de producto, P80, que caracterizan la granulometría entrante y saliente
de la máquina correspondiente y que forman parte de ciertas ecuaciones con
que se evalúa la eficiencia y diversos aspectos de la operación. Una de las
aplicaciones de los parámetros F80 y P80, es la razón de reducción de las
máquinas de conminución, F80/P80, que constituyen la expresión
generalmente aceptada del grado de disminución de tamaño que se produce
en dicho equipo.
MIN250-PROCESAMIENTO DE MINERALES I
INGENIERÍA CIVIL DE MINAS
3. DENSIDAD REAL DE UN MINERAL (MÉTODO DEL PICNÓMETRO).
3.1. MATERIALES Y EQUIPOS
balanza (0,0001 g)
Picnómetro
embudo
pincel
mineral con granulometría menor que 1 mm
3.2. PROCEDIMIENTO
Se puede utilizar agua destilada, parafina o alcohol.
Limpiar bien el picnómetro, su limpieza se puede efectuar con
amoniaco o algún disolvente de grasa, enseguida se enjuaga con
agua destilada y se seca en estufa.
La muestra de ensayo puede estar con su humedad natural o seca
en la estufa (a 80 °C hasta obtener masa constante).
Pesar el picnómetro seco, vacío y tapado, se anota su peso W1.
Se retira de la balanza se agrega el mineral problema dentro del
picnómetro y se pesa nuevamente, W2.
Se le agrega algo de líquido cuidadosamente evitando la
formación de burbujas, hasta alcanzar aproximadamente ¾ de la
capacidad del picnómetro.
Remover el aire atrapado por uno de los siguientes
procedimientos: (1) someter el contenido a un vacío parcial
(menor de 100 mm Hg, para evitar burbujeo excesivo, se aplica
en forma gradual hasta llegar al máximo, el cual deberá
mantenerse durante 10 a 15 minutos, para conseguir un des-
aireado completo. El picnómetro debe agitarse suavemente para
ayudar a la remoción del aire; (2) calentar o hervir por lo menos
10 minutos haciendo girar ocasionalmente el picnómetro para
ayudar a la remoción del aire. En este caso debe esperarse que el
picnómetro alcance nuevamente la temperatura ambiente para
continuar con la prueba.
Agregar agua destilada hasta llenar el picnómetro. Limpiar y secar
el exterior con papel toalla y pesar nuevamente, W3.
Finalmente se vacía todo el contenido y se lava bien el
picnómetro. Se vuelve a llenar completamente con el líquido, se
seca exteriormente y se pesa, W4.
𝑃𝑆 =𝑊2−𝑊1
(𝑊4−𝑊1)−(𝑊3−𝑊2)∙ 𝐿 (escribir en kg L-1)
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Donde:
W1-W2 = peso del mineral
W4-W1-W3+W2 = volumen del mineral. Considerando la densidad del líquido
ocupado L.
4. DENSIDAD APARENTE DE UN MINERAL
4.1. MATERIALES Y EQUIPOS
Probetas graduadas de 500 mL
Brochas, espátulas y recipientes
Paños roleadores en buen estado
4.2. PROCEDIMIENTO
En una probeta graduada en volumen, agregar agua hasta lograr un
volumen determinado VL.
Se determina el peso de una muestra de mineral PS para la medición.
Se introduce la muestra en la probeta con agua y se determina el
volumen total VT.
Se calcula la densidad aparente a través de la siguiente fórmula:
𝜌𝑠𝐴 =
𝑃𝑠𝑉𝑇 − 𝑉𝐿
Calcular la densidad real. Para esto, eliminar los intersticios existentes
en la mezcla de mineral y agua, medir el nuevo volumen resultante Vp y
determinar ésta, a través de la siguiente fórmula:
𝜌𝑠𝑅 =
𝑃𝑠𝑉𝑝 − 𝑉𝐿
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5. DISTRIBUCIÓN GRANULOMÉTRICA
Su finalidad es obtener la distribución por tamaño de las partículas presentes
en una muestra de mineral seco o en pulpa. Para obtener la distribución de
tamaños, se emplean tamices normalizados y numerados, dispuestos en orden
decreciente. Para minerales con tamaño de partículas mayor a 0,074 mm (74
micrones) se utiliza el método de análisis mecánico mediante tamices de
abertura y numeración conocida.
5.1. MATERIALES Y EQUIPOS
Equipo necesario.
Un juego de tamices normalizados (se utilizará la siguiente serie de
tamices: 4, 8, 16, 30, 50, 100, 200 y fondo para el agregado fino, o
aquella serie que indique el instructor).
Dos balanzas con capacidades superiores a 20 kg y 2000 g y precisiones
de 1 g y 0,1 g respectivamente.
Horno de secado con circulación de aire y temperatura regulable capaz
de mantenerse en 110° ± 5° C.
Un vibrador mecánico.
Herramientas y accesorios.
Bandeja metálica, poruña, recipientes plásticos y escobilla.
5.2. PROCEDIMIENTO.
Se homogeniza cuidadosamente el total de la muestra en estado natural
(desmenuzándola con un mazo, si es necesario), tratando de evitar romper sus
partículas individuales, especialmente si se trata de un material blando, piedra
arenosa u otro similar.
Se reduce por cono y cuarteo una cantidad de muestra levemente superior a la
mínima recomendada según el tamaño máximo de partículas del mineral,
indicado en la tabla 1.
Tabla 1. Cantidad mínima a ensayar según tamaño de partículas.
Tamaño máximo de partícula (mm)
Cantidad mínima a ensayar (kg)
5 0,50
25 10,0
50 20,0
80 32,0
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Se seca el material ya sea al aire a temperatura ambiente, o bien dentro de un
horno a una temperatura inferior a 60 °C, hasta conseguir pesadas
consecutivas constantes en la muestra cada 30 minutos. Cuando esté seca, se
obtiene la cantidad mínima recomendada (Mt) a ensayar según la tabla
anterior.
Inmediatamente obtenido el tamaño de muestra a ensayar, se separa a través
del tamiz 3/8” ASTM (10 mm). La fracción retenida en este tamiz, se pesa y se
lava con el fin de eliminar todo el material fino menor a 0,074 mm
(comúnmente llamado lama). Para esto, se remoja el mineral en un balde con
agua hasta que las partículas más finas se suelten, enseguida se lava el
mineral colocando como filtro la malla N° 200 ASTM (0,08 mm), hasta
observar que el agua utilizada salga limpia.
El material retenido en la malla se deposita en una bandeja y se coloca al
horno durante 24 horas. Cumplido el tiempo de secado y una vez enfriada la
muestra, se pesa (Mf) y por diferencia con respecto a Mt se obtiene el material
fino por lavado.
A continuación, se deposita el material en la criba superior del juego de
tamices, los que deberán encontrarse limpios y ordenados en forma
decreciente hasta la criba 3/8”. El juego deberá contar de una tapa en la parte
superior y una bandeja de residuos en la inferior. Se hace vibrar el conjunto
durante 5 a 10 minutos, tiempo después del cual se retira del vibrador y se
registra el peso del material retenido en cada tamiz.
Para la fracción de muestra que pasó el tamiz 3/8”, el procedimiento es
similar, salvo que una vez lavada y seca, se ensaya una muestra
representativa de 300 g, utilizando los tamices comprendidos entre la malla Nº
4 y la Nº 200 ASTM.
En este experimento Ud. utilizará una muestra 100% -3/8”, que fue
previamente lavada y secada en horno.
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6. RESULTADOS
El informe debe ser regido estrictamente por la pauta de elaboración entregada
por el profesor del curso. Además, en la sección de resultados, el informe debe
contener:
Fórmulas y cálculos empleados para determinar la densidad del mineral
mediante las metodologías empleadas.
Análisis estadístico de los datos: promedio, desviación estándar,
covarianza y coeficiente de variación. Cabe mencionar, que las
discusiones y conclusiones son en base a los resultados obtenidos
experimentalmente.
Junto con la curva de distribución granulométrica, se debe ajustar los
datos con los modelos de distribución analizados en clase. Será
considerado en la evaluación el uso de un modelo distinto a los vistos en
clases.
JIA/Marzo de 2016