PROYECTO DE INVESTIGACION
I. Generalidades:
1. Titulo.
Influencia del tiempo de residencia de mineral sulfuroso y factor de llenado
de medio moledor sobre el desgaste de bolas de acero en el molino 5 x 5 de la
planta concentradora Virgen de la Puerta Chota Motil.
2. Autores.
Lozano Anampa Leigton Paul
Daza Daz Jefferson
3. Asesor.
4. Tipo de investigacin.
4.1. De acuerdo al fin que persigue: Aplicada.
4.2. De acuerdo al diseo de investigacin: Experimental.
5. Localidad e institucin donde se desarrolla el proyecto.
Localidad : Motil.
Institucin : Planta concentradora Virgen de la Puerta".
6. Duracin del proyecto y horas semanales dedicadas:
6 meses x 8 horas semanales
7. Cronograma y ejecucin del proyecto
Etapas
Fecha de
inicio
Fecha de
termino
Dedicacin
semanal (hr)
Recoleccin de datos 07-06-10 09-09-10 08
Anlisis de datos 10-09-10 01-11-10 08
elaboracin de informe 02-11-10 07-12-10 08
8. Recursos
8.1. Personal:
02 Investigadores
01 Asesor
8.2. Bienes:
8.2.1. De consumo
Cdigo Descripcin Unidad Cantidad
5.51 Bolas de acero Kg 30
5.46 Reactivos qumicos ml 500
5.56 Agua L 120
5.30 Mineral sulfuroso Kg 110
5.49 Lapicero pilot un 5
3.24 alimentos S/ global
8.2.2. De inversin
Cdigo Descripcin Unidad Cantidad
5.51 Cedazos Un 08
5.51 Molino Batch de bolas Un 01
5.51 Balanza Un 01
5.51 Rotap Un 01
5.51 Computadora Pentium IV Un 01
5.51
5.29
5.29
Impresora Epson LX-810
Wincha mtrica
cronometro
Un
Un
Un
01
02
01
8.3. Servicios:
Cdigo Descripcin Unidad Cantidad
3.32
3.20
Pasajes
Viticos y asignaciones
S/.
S/
Global
global
3.58 Internet. S/. global
5.31 Biblioteca de ingeniera. S/. global
5.31 Hemeroteca de ingeniera
metalrgica.
S/. global
5.31 Sala de computo de metalrgica,
minas y materiales.
S/. global
3.55
3.57
Electricidad
telefona
S/.
S/
global
global
9. Presupuesto
Cdigo Descripcin Precio
unitario
S/.
Unidad Cantidad Sub total
S/.
5.51 Bolas de acero 100.00 Kg 30 300.00
5.46 Reactivos qumicos 13.00 ml 500 6500.00
5.56 Agua 0.20 L 120 24.00
5.30 Mineral sulfuroso 10 Kg 110 1100.00
5.49 Lapicero pilot 1.80 un 5 9.00
3.24 alimentos 4.00 S/ Global 1536.00
3.32 Pasajes y viaticos - S/. Global 1128.00
3.58 Internet. 1.00 S/. global 100.00
3.55 Electricidad 0.3432 Kw-h 1.29 0.44
3.57 Telefona 0.50 min 960 480.00
Total 10187.44
10. Financiamiento
Con recursos propios: S/.10187.44
II. Plan de Investigacin
1. Antecedentes y justificacin del problema
1.1. Realidad problemtica
En este proyecto de investigacin trataremos de mostrar el problema
desgaste de bolas en el molino de la planta concentradora Virgen de la Puerta,
ubicada a 500 m. del poblado de Motil, distrito de Agallpampa en la Provincia de
Otuzco del departamento de La Libertad, a una distancia aproximada de 92 Km.
de la ciudad de Trujillo y a una altitud de 1780 m.s.n.m; con coordenadas de 7 57
9 de latitud sur y a 78 33 11 de longitud oeste (ver anexo 1).
El desgate de medios moledores de un molino de bolas, se da en cualquier
molino independiente del proceso en el que estn operando y la empresa que los
posea.
De las observaciones realizadas se encontr que los elementos del sistema
que influyen directamente sobre el problema son: Bolas de acero, mineral, agua y
reactivos. Los elementos del entorno o ambiente del sistema son: Operario,
chancadora de quijadas, corriente elctrica, motor elctrico y factores climticos.
(Ver anexo 2)
En cuanto al sistema problema: El pH del mineral influye en el desgaste
corrosivo de bolas y la dureza y cantidad del mismo en el desgaste abrasivo y por
impacto; el pH del agua empleada para formar la pulpa afecta al desgate corrosivo
de bolas; la composicin de reactivos utilizados posiblemente influye en el
desgaste corrosivo de bolas y la liberacin de las partculas de mineral; la cantidad
y grado de pureza del agua empleada en la formacin de pulpa tambin controlar
la liberacin de la partcula de mineral valioso y la estabilidad de reactivos
respectivamente.
En cuanto al medio ambiente o entorno en donde se encuentra el problema:
El operario controla el correcto funcionamiento de la chancadora de quijadas, el
adecuado suministro de corriente elctrica, la adicin correcta y exacta de
reactivos, el flujo y pureza de agua, la carga diaria adecuada de bolas de acero; la
chancadora de quijadas determina la granulometra del mineral y por lo tanto el
desgaste por impacto; los factores climticos influyen en el pH y granulometra del
mineral; la velocidad del motor controla la velocidad del molino y en consecuencia
la fuerza de impacto entre bolas, la corriente elctrica determina la velocidad del
motor y por ende el correcto funcionamiento de la chancadora de quijadas y
molino.
La evolucin del problema a lo largo del tiempo se presume es la siguiente:
Al molino de bolas ingresa diariamente: bolas de acero, mineral, reactivos y
agua. En este equipo ocurre el proceso de desgaste de bolas: ingreso de mineral,
formacin de pulpa entre agua, mineral y reactivos, abrasin de bolas de acero por
mineral, formacin de pares galvnicos entre superficies abrasionadas y no
abrasionadas, desgate corrosivo de superficies abrasionadas. Como resultado de
este proceso se obtienen bolas desgastadas, que luego de pasar por un examen,
se decidir si continan en el proceso o son desechadas. (Ver anexo 3).
En la actualidad, posiblemente el problema se describa as:
Por un lado, un inadecuado control de corriente elctrica produce una baja
velocidad del motor del molino, que junto con un desgate de levantadores,
conduce a una elevada abrasin.
Por otro lado un insuficiente alimento de mineral al molino o uno muy
blando y bolas de tamao excesivo, causa un impacto pronunciado entre bolas.
Y por un tercer lado, el inadecuado control de agua y la accin negativa de
factores climticos, producen un agua contaminada. Esta agua, en accin
simultnea con reactivos corrosivos y mineral sulfurado (Fe2S), traen consigo una
excesiva corrosin.
La accin en paralelo de una elevada abrasin, impacto pronunciado y
excesiva corrosin se refleja en un desgaste pronunciado de bolas de acero, que
es el causante de una sobre compra de bolas y una molienda ineficiente, y por
consiguiente de prdidas en la empresa (ver anexo 4).
Frente a esta problemtica, se plantea las siguientes soluciones:
Controlar adecuadamente la corriente elctrica de acuerdo a los estndares
establecidos; chequear ms a menudo los levantadores del molino, y reemplazar
los deteriorados; evaluar la dureza del mineral a procesar y de acuerdo a esto
decidir la cantidad de alimento; verificar que la distribucin de carga de bolas de
acero, en el molino, sea la correcta; controlar el pH del agua que se adicionar al
operacin de molienda.
1.2. Antecedentes Bibliogrficos
Se sabe que la metalurgia extractiva, es el sector que genera mayores
ingresos al estado y dentro de ello est la etapa ms importante: la molienda, que
consiste en reduccin de tamao de mineral, para liberar las partculas valiosas de
ste, y as lograr una alta recuperacin del mismo. El grado de recuperacin
depende en forma considerable de la eficiencia de la molienda, que a su vez
depende del estado de los medios moledores.
Los medios moledores, se deben chequear como mnimo una vez mensual
con la finalidad de ver el estado en los que se encuentran para remplazar los
defectuosos. La mayora de empresas lleva a cabo esta actividad y luego de hacer
un estudio de los mismos, encuentran que se desgastan demasiado rpido: ms
de un kg por tonelada mtrica de mineral procesada, en comparacin con los
mostrados por los fabricantes de estos medios: 0.4 0.8 kg por tonelada mtrica
de mineral procesada (Torres, 1997, apud, Alberca y Valle, 1998, p.i). Esta
diferencia se traduce en una sobre compra de medios moledores, que equivale a
importantes cantidades de dinero por encima de lo que se debera gastar.
Frente a esta problemtica, muchos autores han realizado investigaciones
en un intento de encontrar a los responsables, para que futuras investigaciones
encuentren la manera de minimizar la accin de los mismos.
Algunos investigadores han determinado que el desgate total de bolas se
debe a la accin simultnea de la abrasin, impacto y corrosin por eso es difcil
separar la contribucin relativa de la corrosin en el deterioro global de bolas en
molienda (Iwasaki y et al, 1985; Prez y Moore, 1984; Adam e Iwasaki, 1984; Dod
y et al, 1984; Natarajan e Iwasaki, 1984 y Bond, 1943 apud Cortez y Santisteban,
1998, p.ii).
Kelly y Spottiswood (1990), apud Cortez y Santisteban (1998), han
estimado que el desgaste corrosivo corresponde entre el 50% y 80% del consumo
total de medios de molienda, dependiendo directamente del tipo de mineral a
procesar.
En 1998, Jabo y Espejo en su estudio sobre influencia del tipo de mineral
en pulpa sobre la velocidad de desgaste corrosivo en las bolas de molino
determinan los pares galvnicos formados son los que producen corrosin
electroqumica, actuando el mineral como ctodo y el acero como nodo (p. 40).
Un estudio sobre el desgaste de bolas en molienda hmeda de minerales
piritosos, encontr que el 63.15% del consumo total de acero se da por desgaste
corrosivo, lo restante corresponde a otros mecanismos de desgaste como
abrasin, friccin e impacto (Alberca y Valle, 1998).
Luego de realizar pruebas de molienda para diferentes tipos de minerales
en un intento de determinar la velocidad de desgaste corrosivo de las bolas de
molino, Jabo, M. y Espejo, C. Op.cit. Determinaron que para cada tipo de pulpa le
corresponde: pirita (0.6959 m/h), calcopirita (0.4616 m/h), galena (0.3418 m/h),
hematita (0.2649 m/h) y esfalerita (0.2234 m/h).
Cortez y Santisteban (1998), refirindose al consumo de acero de bolas en
la molienda hmeda con la adicin de un inhibidor de corrosin fosfato trisdico,
determinaron que la concentracin ptima del inhibidor es 600 ppm cuya
reduccin del desgaste corrosivo de bolas es 58.77% de desgaste total.
En el 2009, Cifuentes determin que al aadir nitrgeno al molino se logra
una disminucin del desgaste bolas por lo menos del 20% lo que equivaldra
ahorro de unos US$ 500 mil al ao por equipo. Adems esto contribuira a la
preservacin del medio ambiente.
1.3. Marco terico y conceptual
La palabra tribologa, etimolgicamente significa estudio de los fenmenos
de friccin, rozamiento y desgaste (Lpez, 2004).
Bayer (1994) apud Lpez (2004) al referirse al desgaste dice: El desgaste
es el desprendimiento de partculas que ocurre en la superficie de los slidos, que
se encuentran en contacto y movimiento relativo. El movimiento puede ser
unidireccional o de vaivn, ya sea deslizante, rodante o la combinacin de ambos
(p.13).
En el proceso de molienda, desgaste seria el desprendimiento de partculas
que ocurre en la superficie de las bolas de acero, al ponerse en contacto y
movimiento relativo con mineral sulfuroso.
El desgaste de bolas de acero dentro del molino puede darse por tres
mecanismos: abrasin, impacto y corrosin, los cuales ocurren en forma
simultnea y su efecto depender de las condiciones del medio. (Moroz, 1990 y
Kelly, 1990).
El desgaste por impacto es la prdida de masa de un material al colisionar
con otro en movimiento, este movimiento se ve afectado por fuerzas que actan a
favor o en contra del acontecimiento.
El desgaste por impacto de bolas de acero dentro de un molino es la
prdida de masa de bolas debido a la colisin entre ellas o con el mineral a moler.
Dos de los parmetros a considerar en el proceso de desgaste de bolas de
acero por impacto son el tiempo de residencia del mineral y el factor de llenado de
medio moledor al molino.
El factor de llenado es el porcentaje de carga de medio moledor que ocupa
una fraccin del volumen del molino.
Al ser el medio moledor bolas de acero, el factor de llenado vendra ser el
porcentaje de carga de bolas ocupando una fraccin del molino. Se determina por
la siguiente relacin:
Donde:
h: altura desde la superficie de la carga hasta el tope interno del molino.
D: dimetro interno del molino.
El tiempo de residencia es el tiempo de permanencia de un material dentro
de una cosa o proceso.
En cuanto a molienda, tiempo de residencia es el tiempo de permanencia
del mineral, reactivos, agua y bolas de acero.
De acuerdo a Bond, existen dos formas de evaluar el desgaste de bolas de
acero en un molino, una de ellas es mediante la siguiente expresin:
2 < < 3
Donde:
: Prdida de peso en gramos de cualquier bola por unidad de tiempo.
d: dimetro mximo de bola.
K: constante que se calcula, cuando se ha obtenido la prdida de peso de
una bola de tamao conocido.
Para la segunda manera de expresar el desgaste de bolas de acero se
basa en que una pelcula de igual espesor, ser extrada de todos los tamaos de
bolas en un molino, durante cualquier periodo dado de molienda. Se sabe que un
molino giratorio opera en un estado de equilibrio en lo que se refiere a carga de
molienda. Consecuentemente se necesitara alimentar a los molinos bolas de
acero de un solo tamao para remplazar el peso perdido de las bolas debido al
desgaste. Este tamao (de recarga) se puede calcular con la formula:
Donde:
d= dimetro de bolas de recarga en pulgadas.
= 80% de tamao passing de la alimentacin, en micrones.
= ndice de trabajo.
= porcentaje de velocidad critica en la cual el molino va a operar.
= gravedad especifica del mineral.
D = dimetro interior del molino con forros en pies.
= constante que tiene un valor de: 350 para molienda hmeda.
De estas dos expresiones se llega a la siguiente relacin:
; 2 < x < 3
De acuerdo a esto se puede decir que si disminuye el factor de llenado (J),
la prdida de masa por unidad de tiempo aumentara.
Si el tiempo de residencia (dt) aumenta, entonces la prdida de masa
tambin aumentara.
En condiciones normales de operacin, la carga de bolas debe ser el 45%
del volumen del molino. Esto permite que la mxima potencia sea utilizada en
moler el mineral y al mismo tiempo evita que las bolas se descarguen por si solas
del molino.
El tiempo de residencia del mineral en el molino es fundamental para
obtener el tamao requerido de partcula que pasar a la siguiente etapa de
flotacin.
1.4. Justificacin del problema
La finalidad de esta investigacin es conocer los agentes causantes del
desgaste de bolas de acero en la molienda, de ellos el principal y como disminuir
su accin y por ende el desgaste.
La investigacin est orientada a la aplicacin de procedimientos y mtodos
adecuados para disminuir el desgaste de bolas.
Desde el punto de vista econmico permitir disminuir costos en cuanto a
compra de bolas y gasto de energa en la molienda, aumentando de esta manera
las utilidades.
2. Problema
En qu medida influye el tiempo de residencia de mineral sulfuroso y
factor de llenado de medio moledor sobre el desgaste de bolas de acero en el
molino 5 x 5 de la planta concentradora Virgen de la Puerta Chota Motil?
3. Hiptesis
A medida que aumentan el tiempo de residencia de mineral sulfuroso y
disminuye y el factor de llenado de medio moledor, el degaste de bolas de acero
se incrementa, en el molino 5 x 5 de la planta concentradora Virgen de la Puerta
Chota Motil.
4. Objetivos
Objetivo general
Probar los efectos del tiempo de residencia de mineral sulfuroso y factor de
llenado de medio moledor sobre el desgaste de bolas de acero en el proceso de
molienda, mediante pruebas en un molino batch de 1/2x1 con la finalidad de
disminuir el degaste de bolas de acero.
Objetivos especficos
Probar el efecto del tiempo de residencia de mineral sulfuroso sobre el
desgaste de bolas de acero en el proceso de molienda.
Probar el efecto del factor de llenado sobre el desgaste de bolas de acero
en el proceso de molienda.
Determinar el tiempo de residencia ptimo de mineral sulfuroso que permita
aumentar la vida til de las bolas de acero.
Determinar el factor de llenado ptimo de medio moledor, que permita
disminuir el desgaste de bolas de acero.
5. Material y mtodos
5.1. El material de estudio
Poblacin: Todas las bolas de acero al manganeso.
Muestra: Bolas de acero del molino 5 x 5 de la planta concentradora
Virgen de la Puerta
5.2. Mtodos
5.2. 1. Diseo experimental
El presente trabajo de investigacin se desarrollara empleando el diseo
experimental correspondiente a las variables de tiempo de residencia de mineral
sulfuroso, factor de llenado de medio moledor y desgaste, cuyas definiciones
operacionales son:
El tiempo de residencia de mineral sulfuroso es una variable independiente
de naturaleza cuantitativa que se mide directamente en un cronometro empleando
la tcnica.
El factor de llenado de medio moledor es una variable independiente de
naturaleza cuantitativa que se mide indirectamente mediante una wincha utilizando
la tcnica experimental.
El desgaste es una variable dependiente de naturaleza cuantitativa que se
mide directamente con una balanza analtica habiendo uso de la tcnica
gravimtrica.
5.2.1. Procedimiento experimental
Por medio de cuarteo seleccionaremos la muestra de mineral
sulfuroso, para obtener homogeneidad en ella.
En una chancadora trituraremos el mineral seleccionado.
Realizaremos un anlisis granulomtrico o de tamao del mineral
triturado.
Se separar los cedazos y el contenido del que tenga tamao de
mineral intermedio lo depositaremos en un recipiente.
Seguiremos triturando hasta obtener una cantidad de mineral
depositado de por lo menos 100 kilogramos, de donde se tomaran
las muestras.
Dividiremos el mineral depositado en muestras de un kilogramo y
tomaremos 50 de ellas para una primera experiencia.
Determinaremos el tamao mximo de medio moledor (bolas de
acero), seleccionaremos un volumen de bolas con tamao menor al
encontrado y con alto grado de esfericidad, y las pesaremos para
obtener un peso inicial.
Obtenido el peso inicial de bolas de acero, se las colocar dentro del
molino Batch.
Se alimentar en forma independiente cada muestra del paso
anterior combinado con reactivos y agua previamente dosificados,
luego se sella hermticamente.
Se empezar el proceso de molienda, controlando para cada
muestra un determinado tiempo de residencia.
Luego de moler, para cada prueba se verificar que las bolas de
acero estn limpias de pulpa, se les pesar, y la diferencia del peso
inicial y este final, indicar el desgaste.
Para cada una de las muestras restantes, seleccionaremos un
volumen distinto de bolas pero con caractersticas similares a las
empleadas en las pruebas anteriores. Colocaremos las bolas en el
molino.
Para cada se agregar una mezcla de mineral, agua y reactivos
previamente dosificados sobre las bolas.
Controlar un tiempo de molienda igual para cada muestra molida y
descargar el contenido del molino en una bandeja de metal.
Separar la pulpa de las bolas y pesar el total de bolas.
Calcular la diferencia de pesos inicial y final, la cual indicara el grado
de desgaste.
5.2.2. Tratamiento de datos
Los datos sern tratados adecuadamente de acuerdo al marco terico.
5.2.3. Presentacin de resultados
Los resultados sern mostrados en tablas consolidadas de los datos y
grficos que muestren el comportamiento de las variables.
6. Bibliografa
Adam, K. and Iwasaki, I. (1984). Grinding media sulfide mineral interaction and its
effects on flotation. International symposium on electrochemistry in mineral
and metal processing.
Alberca, L. y Valle, R. (1998). Grado de desgate de bolas en molienda
hmeda de minerales piritosos, producido por corrosin, impacto y abrasin.
Tesis de grado. Universidad Nacional de Trujillo, Trujillo. 53 pp.
Bader, O. (s.f). Diccionario enciclopdico de metalrgica. 945 pp.
Bayer, R. (1994). Mechanical wear prediction and prevention. USA. Marcel Decker.
Bond, F. (1943). Wear and size distribution of grinding ball. Trans. AIME, vol.153.
pp. 373 384.
Cifuentes, G. (2009). Inhibicin de la corrosin de medios moledores en molienda
hmeda de minerales por accin de nitrgeno con efecto dplex en la
atmosfera gaseosa y en la pulpa de minerales. Investigacin. Universidad de
Santiago de Chile. Santiago. UNIVERSIA.
Cortez, Y. y Santisteban, C. (1998). Influencia de la concentracin del inhibidor de
corrosin fosfato trisdico sobre el consumo de acero de bolas en molienda
hmeda de minerales piritosos. Tesis de grado. Universidad Nacional de
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Dod, J., Dunn, D., Hualtt,J. and Norman, D. (1984). Relative importance of
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Jabo, M. y Espejo, C. (1998). Influencia del tipo de mineral en pulpa sobre la
velocidad de desgaste corrosivo en las bolas de molino. Tesis de grado.
Universidad. Nacional de Trujillo, Trujillo. 69 pp.
Kelly, E. y Spottiswood, D. (1990). Introduccin al procesamiento de minerales.
Mxico. LIMUSA. p. 165.
Lpez, E. (2004). Estudio experimental del desgaste abrasivo en aceros AISI
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Politcnico Nacional, Mexico. 105 pp.
Moroz, P. (1990). Mecanismos de desgaste en bolas de acero y de fundicin
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Natarajan,K. and Iwasaki,I. (1984). Electrochemical aspects of grinding media
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Natarajan,K. and Iwasaki,I. (1984). Influence of pyrrhotite on the corrosive wear of
grinding balls in magnetite ore grinding. International Journal of mineral
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Torres, V. (1997). Grinding balls for minerales. Metalurgia Peruana S. A. Mepsa,
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