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UNIVERSIDAD ARTURO PRAT DEPARTAMENTO DE INGENERIA APUNTE LABORATORIO PREPARACION MECANICA DE MINERALES CARRERA : Ingeniería Civil Metalúrgica PROFESOR : Aldo Quiero Gelmi Manuel Abarca 2005

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UNIVERSIDAD ARTURO PRAT

DEPARTAMENTO DE INGENERIA

APUNTE LABORATORIO

PREPARACION MECANICA

DE MINERALES

CARRERA: Ingeniería Civil Metalúrgica PROFESOR: Aldo Quiero Gelmi Manuel Abarca

2005

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Laboratorio de Preparación Mecánica de Minerales ICM. Profesor: Aldo Quiero Gelmi. Depto. de Metalurgia. Universidad Arturo Prat

GUIA DE LABORATORIO 1

Análisis y Técnicas de Muestreo

Objetivos Aplicar y evaluar la exactitud y precisión de las siguientes técnicas de muestreo de minerales: GRAB SAMPLING CONO Y CUARTEO CORTADOR DE RIFFLES Marco Teórico I. Muestreo 1.1. Generalidades. En todas las etapas del tratamiento de minerales es necesaria la caracterización detallada de la mena o mezcla de minerales en proceso. Para ello es indispensable la obtención en forma regular de porciones relativamente pequeñas del material en tratamiento, denominadas ILUSTRAS, para su análisis posterior. El muestreo de minerales cubre la selección de muestras para la evaluación metalúrgica de un yacimiento (depósito mineral) hasta el muestreo en los embarques de minerales, lo que incluye el muestreo para realizar balances metalúrgicos o control de los procesos en las distintas etapas operacionales de una planta de tratamiento, etc. Varios parámetros pueden ser determinados desde una muestra, entre ellos se pueden encontrar; el contenido de humedad (%), granulometría (distribución de tamaños de partículas), gravedad específica, porcentaje de cierto componente (composición) y dureza. El muestreo de menas presenta uno de los problemas más difíciles, debido a: La gran variedad de constituyentes minerales presentes en la mena. La distribución generalmente desigual de los minerales en la mena. Variaciones en el tamaño en las partículas constituyentes de la mena. Variaciones en las densidades de los minerales que conforman la mena. Variaciones en la dureza de las especies presentes en la mena. El muestreo de minerales implica la colección de cierto número de trozos de rocas cada uno con un tamaño y contenido de minerales característicos. Las variaciones entre las muestras pueden reducirse al nivel que se desee tomando muestras más grandes, pero debe considerarse que un aumento en el tamaño de la muestra aumenta los costos asociados a la caracterización de muestras de mayor peso. Otro factor, es que el tamaño de muestra necesario depende de la abundancia del mineral en la mena. Una mena de alta ley se puede caracterizar adecuadamente con una muestra más pequeña

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en comparación con una mena de baja ley, a igualdad del resto de los factores. Además es importante la razón entre el tamaño del grano de mineral en la roca al tamaño del pedazo de roca. Si esta razón es pequeña la muestra necesariamente debe ser mayor para una adecuada caracterización que si la razón fuese grande. Finalmente, para minimizar el tamaño de las muestra es preferible el muestreo de partículas pequeñas que partículas grandes; en un volumen dado cabe un mayor número de partículas pequeñas, por lo tanto mayor masa. II. Métodos de Muestreo 2.1. Introducción. El muestreo para análisis, adquiere una gran importancia en cada una de las etapas de la industria minero-metalúrgica. El objetivo más importante de un muestreo es que la muestra sea representativa, es decir, contenga todos los componentes en la misma proporción en que éstos existen en el material original. En la práctica esto nunca se cumple cuando se hace un muestreo de mezclas heterogéneas de minerales. Esto se debe a que es imposible en la práctica obtener un resultado exacto en el muestreo de minerales debido a que la muestra que se analiza es equiprobable, o sea, cada partícula del material tiene la misma probabilidad de ser escogida. Cuando el lote de material a muestrear está mezclado uniformemente (es homogéneo) el error de muestreo se reduce al mínimo. Este error de muestreo, que se denomina ERROR FUNDAMENTAL, se puede calcular a priori conociendo las características del material a muestrear. Todo error de muestreo puede ser atribuible a algún tipo de heterogeneidad, la que se puede presentar en dos formas: Heterogeneidad de composición, es causada debido a las diferentes composiciones de los fragmentos en la muestra. Esta heterogeneidad no se ve afectada por el mezclado y es propia del material. Heterogeneidad de distribución, se produce debido a que los fragmentos del material no se distribuyen al azar en todo el volumen, lo que da lugar a la segregación del material. Considerando el error producido en el muestreo, habrán técnicas que aseguren una mejor precisión que otras, y en este sentido se orienta el objetivo del presente laboratorio. 2.2. Muestreo de Lotes de Mineral. 2.2.1. Método Grab Sampling. En este método las muestras se obtienen mediante una pala u otro dispositivo, de acuerdo a un esquema fijo o aleatorio, desde la superficie del material. El método es aplicable a cualquier tipo de material a granel, menas y concentrados en cono, de ferrocarril o camiones, pilas de almacenamiento, etc. Este método generalmente tiene un gran error asociado y encuentra poca aplicación en la práctica. Las fracciones que se obtienen se mezclan formando la base para la muestra final.

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2.3. Divisores o Reductores de Muestras. Las etapas de división de muestras, normalmente van acompañadas por etapas de reducción de tamaños (excepto por supuesto, sí el análisis pretende determinar la distribución granulométricas de las partículas). 2.3.1. Cono y Cuarteo. Método popular, consiste en mezclar el material para posteriormente apilarlo en la forma de un cono. Este cono se aplasta y se divide con una pala o espátula en forma de cruz. Se retiran dos cuartos opuestos y los otros dos, que constituyen la muestra, se vuelven a mezclar repitiéndose el proceso cuantas veces se desee hasta obtener el tamaño apropiado de la muestra. 2.3.2. Cortador de Riffles o Cortador de Chutes. Este divisor de muestras consiste de un recipiente en forma de "V", cuyo vértice termina en una serie de canales o chutes que descargan alternativamente en dos bandejas ubicadas a ambos lados del divisor. El material es vaciado en la parte superior y al pasar por el equipo se divide en dos fracciones de aproximadamente igual tamaño, descartándose una de ellas. Luego se repite el proceso hasta obtener la muestra del tamaño deseado. III. Definiciones de Términos Estadísticos La calidad de cada método de muestreo empleado puede evaluarse según la siguiente razón:

Donde: fij = Fracción de mineral presente en la muestra obtenida por la técnica de muestreo i por el grupo de trabajo j. Pr = Peso residuo [gr.] Pm = Peso muestra [gr.]. 3.1. Media Aritmética La media aritmética como estadígrafo de posición de una distribución, proporciona una idea de la posición alrededor de ella, de los valores observados en una medición. La media está siempre influenciada por los valores extremos, sean éstos mayores o menores.

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Donde: µi = Media aritmética de la técnica de muestreo i. fij = Razón mineral-muestra de la técnica de muestreo i obtenida por el grupo j. .n = Número de muestras 3.2. La Varianza Es el estadígrafo de posición más importante, y expresa el grado de dispersión de las observaciones respecto a la media aritmética.

Donde: σi2 = Varianza del método de muestreo i. 3.3. Desviación Estándar o Típica En un sentido amplio, mide la desviación promedio de cada variante respecto de la media aritmética. La importancia de la desviación estándar con respecto a otra medida de dispersión radica en que permite un mejor desarrollo para un análisis estadístico posterior.

Donde: σi = Desviación estándar del método de muestreo i. 3.4. Coeficiente de Variación Este estadígrafo de dispersión se expresa en unidades independientes de la naturaleza de la variable. Comparando dos o más distribuciones, es más homogénea o presenta menos discrepancia, aquella distribución que tiene el menor coeficiente de variación. En otras palabras, los datos son más heterogéneos cuando tienen un mayor coeficiente de variación.

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CVi = Coeficiente de variación del método i. IV. Desarrollo Experimental 4.1. Materiales. Mineral insoluble. Cortador de chutes o riffles; con sus respectivas bandejas. Poruñas (palas chicas). Paño roleador. Sal común. Compresor de aire. Brochas y escobillas. Espátulas. Balanza electrónica. 4.2. Procedimiento. En el presente laboratorio, se utilizará un mineral insoluble en dos rangos de tamaño distintos; uno de granulometría gruesa (+10 mallas) y otro de granulometría fina (-28 a +35 mallas). El procedimiento general del laboratorio es el siguiente: Preparar mezclas de mineral de granulometría gruesa con sal común, en un 75 % de mineral. Preparar mezclas de mineral de granulometría fina con sal común, en un 75 % de mineral. Cada grupo deberá tomar tres muestras de mineral de granulometría gruesa y tres muestras de mineral de granulometría fina, de aproximadamente 400 g cada una. Vaciar cada muestra, una a la vez, en el paño roleador y mezclar con sal en la proporción mencionada anteriormente, homogeneizar eficientemente. Proceder a hacer el muestreo a cada una de las muestras, aplicando cada una de las técnicas a evaluar tanto para material grueso como para granulometría fina hasta obtener una muestra representativa de 50 g aproximadamente. Las muestras finales se ponen en un vaso precipitado, por separado, y se pesan (no olvide tarar cada vaso). Luego se disuelve la sal mediante la adición de agua hasta lograr una disolución total. Posteriormente se filtra, extrayendo de esta manera la sal, se seca el residuo de mineral en el horno y se pesa. Una vez finalizado el laboratorio anotar los resultados obtenidos en la tabla entregada por el ayudante y publicarlos. V. Informe Cálculos. Finalmente con los datos obtenidos se calcula la razón de mineral en la muestra utilizando la expresión (1), como también se calcularán el promedio aritmético, la varianza y el error

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fundamental asociado para cada técnica de muestreo utilizada para ambos rangos de granulometría. Con los datos de cada grupo (A, B,...), se confeccionarán tablas de resultados experimentales, tabla de resultados calculados, tanto para mineral grueso como para fino.

Tabla No 1 Resultados Experimentales

Tabla No 2

Resultados Calculados

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Análisis Granulométrico Objetivos. Determinar el efecto de la cantidad de muestra y tiempo de tamizaje sobre las distribuciones de tamaño de una mena metálica. Marco Teórico. 1. Análisis Granulométrico. 1.1. Introducción. La necesidad de determinar características físicas o químicas de grandes volúmenes o lotes de material, ya sea en reposo o en movimiento, se presenta en casi todas las operaciones y procesos minero-metalúrgicos. Por razones económicas o prácticas, el conocimiento y caracterización de un lote se obtiene a través de determinaciones realizadas sobre una fracción o muestra de material. Es así como se necesitan muestras para evaluar un depósito de mineral, para programar la producción de diferentes frentes de explotación en una mina, para evaluar la operación global y el control metalúrgico en una planta de procesamiento de minerales, para valorar los concentrados finales, etc. Por la importancia de cada una de las operaciones que se han mencionado, es claro que una mala práctica de muestreo tendrá consecuencias adversas en los resultados metalúrgicos. Por ejemplo, a menudo surgen diferencias entre leyes de minerales informadas por la mina y aquellas recibidas por la concentradora. También pueden existir diferencias inexplicables entre la alimentación y salida de material en la concentradora, o entre los envíos de concentrados y recepción de ellos en la fundición, o lo que es más grave aún, entre los análisis del vendedor y los del comprador de minerales o concentrados. Sin lugar a dudas, podrían haber muchas razones para explicar estas diferencias, pero la metodología de muestreo empleado es tal vez una de las más importantes y ha sido estudiada por usted en el laboratorio No 1. Por otra parte, 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 Molienda esta caracterización permite determinar la calidad de la molienda, 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. De lo anterior se tiene que, un método de análisis de tamaño de partículas debe ser exacto y confiable. 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 (tamaño de Feret, diámetro equivalente, diámetro superficial, diámetro de Stokes, etc.). Por lo tanto el propósito del laboratorio es analizar una metodología para cuantificar las distribuciones de tamaño y la forma de cómo estas distribuciones son afectadas por el tiempo de tamizaje y la masa de la muestra.

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1.2. Tamizaje. El proceso de tamizaje, consiste en pasar una muestra de peso conocido sucesivamente a través de tamices más y más finos y pesar el material retenido en cada tamiz, determinando la fracción en peso de cada fracción. Se utiliza para partículas mayores a 37 micrones y menores a 3 pulgadas. Los tamices son mallas calibradas de aberturas de igual tamaño. Se designa a cada tamiz un número que corresponde al número de aberturas cuadradas en la malla por pulgada lineal. Por ejemplo, un tamiz No 100 corresponde a 100 aberturas por pulgada. La relación más usada entre una malla y la siguiente sigue una progresión geométrica de razón 21/2 (para análisis más precisos se puede usar una serie doble 21/4. Ver tabla No 1). El tamizaje se puede efectuar en seco o en húmedo. Normalmente se tamiza en seco hasta la malla 200, y entre la 200 y la 400 mallas en húmedo, mediante un flujo de agua descendente. Para el tamizado se requiere aproximadamente 500[grs.] de muestra, la que se tamiza por 10 a 15 minutos en aparatos mecánicos, que imprimen a las partículas un movimiento rotativo excéntrico horizontal y un movimiento brusco vertical, uno de los equipos más utilizados son los denominados RO - TAP. Un tamizado muy prolongado puede producir abrasión de las partículas, y se debe determinar experimentalmente el tiempo óptimo para cada material. El comportamiento de los diferentes materiales al tamizaje depende de muchos factores, tales como: cantidad de finos, densidad de sólidos, fragilidad de las partículas, grado de aglomeración, etc. Para realizar un buen tamizaje se deben considerar algunos factores, tales como: Vibración. Cantidad de finos. Tipo de material, dureza y fragilidad del material. Duración del tamizaje. Peso de la muestra. Limpieza de los tamices

Tabla No 1: Serie de Tamices E.E.U.U. y su Equivalencia Tyler Designación

E.E.U.U. (No) Abertura

Tamiz (mm)Diámetro Nominal Alambrado (mm)

Equivalencia con Serie Tyler (No)

4 4.750 1.540 4 5 4.000 1.370 5 6 3.350 1.230 6 7 2.800 1.100 7 8 2.360 1.000 8 10 2.000 0.900 9 12 1.700 0.810 10 16 1.180 0.650 14 18 1.000 0.580 16 20 0.850 0.510 20

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30 0.600 0.390 28 40 0.425 0.290 35 50 0.300 0.215 48 60 0.250 0.180 60 70 0.212 0.152 65 80 0.180 0.131 80

100 0.150 0.110 100 120 0.125 0.091 115 140 0.106 0.076 150 170 0.090 0.064 170 200 0.075 0.053 200 270 0.053 0.037 270 325 0.045 0.030 325 400 0.038 0.025 400

El tamaño de las partículas que pasan una malla, pero quedan retenidas en la siguiente, se puede calcular como una media geométrica o la media aritmética entre las aberturas nominales de ambas mallas, para caracterizar el tamaño de las partículas en el intervalo. Diámetro Geométrico: dp = (di * di+1)1/2 Diámetro Aritmético : dp = (di + di+1)/2 dp: Diámetro promedio. di: Abertura de la malla. di+1: Abertura de la malla siguiente en la columna de tamices. 1.3. Funciones Empíricas de Distribución Granulométrica. Existen funciones estadísticas que relacionan y modelan el comportamiento granulométrico de un sistema particulado, el optar por una u otra se justificará exclusivamente por el grado de ajuste de la curva obtenida, entre éstas podemos distinguir. 1.3.1. Fracción Retenida Parcial. Probabilidad de encontrar, partículas que pasan una malla pero quedan retenidas en la malla siguiente, es decir, la fracción de partículas comprendidas entre el tamaño de la malla que atraviesan de abertura di y la siguiente malla en que quedan retenidas de abertura di+1. f(X) = mi/mt (3) f(x): Fracción retenida parcial. mi: Masa de partículas que pasan una malla pero quedan retenidas en la malla siguiente mt: Masa total de la muestra a tamizaje. 1.3.2. Fracción Retenida Acumulada. Fracción de partículas mayores a la malla x de abertura di. Probabilidad de encontrar partículas mayores a un tamaño di.

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R(x) = ∑f(x) (4) R(x): Fracción retenida acumulada sobre la malla x. 1.3.3. Fracción Acumulada Pasante. Probabilidad de encontrar, partículas menores a un tamaño di. Fracción de partículas menores a la malla x de abertura di.

R(x) + F(x) = 1 (5) F(x): Fracción acumulada pasante sobre la malla x. 1.4. Distribución Granulométrica Gaudin-Schuhmann. Se ha intentado por variados modelos definir algunas funciones que puedan interpretar las distribuciones reales de tamaño, todas éstas de carácter netamente empíricos. Gaudin-Schuhmann representa la fracción acumulada pasante en función de la abertura de la malla. El modelamiento de Gaudin-Schuhmann obedece a:

F(x) = 100*(d/dmax)n (6)

d Tamaño de la partícula. dmax: Módulo de tamaño y representa el tamaño máximo de partícula de la distribución. n : Módulo de posición, constante de distribución el cual viene dado por el valor de la pendiente.

Gráfico No 1 Perfil Granulométrico de Gaudin-Schuhmann

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1.5. Distribución Granulométrica de Rosin-Rammler.

Nos entrega la expresión de F(x) en función de los tamaños de partículas. F(x) = 1 - exp(-x/k)n (7)

x: Tamaño de la partícula k: Tamaño característico bajo el cual está el 63.2% del peso del material n: Pendiente de la recta, se obtiene a partir de la curva según Rosin-Rammler.

Gráfico No 2 Perfil Granulométrico de Rosin-Rammler

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II. Desarrollo Experimental. 2.1. Materiales. 5[kg] a 10[kg] de mineral. Set de bandejas. Balanza. Paño roleador, brochas, espátula. Cuarteador mecánico. Serie de tamices (16, 30, 50, 70, 100, 140 y 200 mallas). Vibrador mecánico. 2.2. Procedimiento. Obtener una muestra representativa que vaya a tamizar. Vaciar todo el mineral en el paño roleador. Aplicar la técnica de cono y cuarteo, para obtener cada una de las muestras representativas a utilizar, tenga presente el 5% de diferencia entre los pesos. 2.3. Parámetros a Evaluar. Peso de las muestras: 400[grs], 800[grs], 1200[grs] y 1600[grs], Tiempo de tamizaje: 4[min], 8[min] y 12[min]. III. Informe. 3.1. Resultados. - Se debe graficar en log-log: Para cada tiempo de tamizaje, el efecto del peso de la muestra analizada. Para cada peso de muestra, el efecto del tiempo de tamizaje. Evaluar cuál de las distribuciones ajusta en un mayor grado los datos del análisis granulométrico. 3.2. Discusiones y Conclusiones. El informe deberá entregar una recomendación sobre el tiempo y peso de muestra óptirna para el análisis de la muestra requerida.

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Laboratorio 3

CHANCADO Objetivos.

• Determinar capacidad, razón de reducción, y eficiencia de los equipos de trituración que operan en la etapa de chancado.

• Familiarizarse con los equipos a nivel de laboratorio.

1. Introducción. Conminución:

Por casi un siglo, los procesos de reducción de tamaño fueron estudiados en términos de la energía consumida durante la operación. Este fue un punto de partida lógico debido a que estos procesos son responsables en gran proporción de los costos del tratamiento de un mineral, el elevado consumo de energía en la reducción de tamaño es el mayor costo. Esta base de investigación fue más influenciada por la economía de la operación que por cualquier otro factor.

Debido a que los minerales se encuentran finamente diseminados e íntimamente asociados con la ganga, deben ser liberados antes de realizar un proceso de liberación. Para flotación, interesa un determinado tamaño del mineral, una superficie específica o grado de liberación.

El chancado generalmente se realiza con material seco, y el mecanismo de reducción de tamaño puede ser por compresión, impacto y en menor medida por abrasión. La molienda se realiza principalmente en húmedo. El mecanismo de reducción es abrasión e impacto del mineral con el medio de molienda, tales como barras, bolas o el mismo material grueso.

Debido a que estas etapas consumen una alta cantidad de energía, el objetivo en la aplicación de cada una de las etapas, es moler lo mínimo necesario. La conminución o reducción de tamaño de partículas, es una operación mecánica necesaria que se caracteriza por involucrar un alto consumo de energía, tal como se observa en las siguientes tablas. Los objetivos más importantes para reducir el tamaño de un mineral son:

• Liberar especies minerales comerciales desde una matriz formada por minerales de interés y ganga

• Promover reacciones químicas o físicas rápidas, a través de a exposición de una gran área superficial.

• Producir un mineral con características de tamaño deseable parea su posterior procesamiento, manejo y/o almacenamiento.

• Satisfacer requerimientos de mercado en cuanto a especificaciones de tamaños particulares en el producto.

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Tabla No 1

Rango de aplicación de cada una de las etapas de reducción de tamaño (depende de los equipos, de las características del mineral o las

condiciones operacionales)

Tabla No 2 Distribución típica de costos de capital en una concentradora de cobre.

Los principales factores que determinan que un mineral sea procesado por vía húmeda o seca son:

• Características físicas

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• Efecto del mineral en el equipo de molienda, tales como, abrasión, corrosión y compactación en la zona de molienda.

• Forma, distribución de tamaños y calidad del producto deseado.

• Consideraciones económicas.

• Condiciones climáticas.

• Disponibilidad de agua.

• Factores ambientales y de seguridad; ruido, polvo, vibración excesiva.

2. Mecanismos de la Conminución.

Los minerales poseen estructuras cristalinas, y sus energías de unión se deben a diferentes tipos de enlaces que participan en la configuración de sus átomos. Estos enlaces interatómicos son efectivos solo a corta distancia, y pueden ser rotos por la aplicación de esfuerzos de tensión o compresión.

Para desintegrar una partícula se necesita una energía menor que la predicha teóricamente, debido a que todos los materiales presentan fallas que pueden ser macroscópicas (grietas) o microscópicas.

Los mecanismos por los cuales se puede producir la fractura de un mineral son:

• Compresión: Se logra la fractura de la roca, al aplicar esfuerzos compresivos de baja velocidad.

• Impacto: Se logra la fractura de la roca, por la aplicación de esfuerzos compresivos de alta velocidad.

• Abrasión: Ocurre como un esfuerzo secundario, al aplicar esfuerzos de compresión y de impacto.

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3. Capacidad Básica de un Chancador de Mandíbulas.

FJAW = 0.6 * Lr * So (1)

Donde: FJAW: Capacidad básica teórica (TPH). Lr: Longitud de la boca (puig). So: Garganta en posición cerrada (pulg).

Por lo tanto, la capacidad es proporcional al área de la garganta, lo que es lógico puesto que es el área la que regula el paso del material triturado. En general, la capacidad es función del tipo de roca y otros factores como por ejemplo la humedad.

Entonces podemos escribir:

FBJ = Kc * Km * Kf * FJAW (2)

Donde:

FBJ: Capacidad modificada.

Kc : Factor tipo de roca (0.5 - 1.0). Km : Factor de humedad. Varia desde 1 para material seco hasta 0.75 - 0.85 cuando los finos se compactan con la mano. Kf : Factor forma de alimentar. Tendrá un valor entre 0,75 - 0.85 si se realiza eficientemente. Si la alimentación no se realiza eficientemente el valor será de 0.5. 4. Capacidad Básica de un Chancador Giratorio.

FBG = 0,75 * Sa * π (D – G) (3)

Donde:

FBG: Capacidad en TPH.

Sa: Superficie de Admisión.

G: Longitud de boca de chancador (pulg).

D: Diámetro máximo de boca(pulg).

5. Razón de Reducción.

Se define la razón de reducción de la maquina (RR) al cuociente entre la abertura de la alimentación A y la abertura de la descarga del chancador en posición cerrada So.

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Normalmente en planta, se usa un concepto modificado de razón de reducción, el cual se denomina razón de reducción del 80%, cuya formula es:

Donde: F80: Abertura de la malla que deja pasar el 80% de la alimentación. P80: Abertura de la malla que deja pasar el 80% del producto

6. Procedimiento.

• Homogeneizar el material proporcionado, con el fin de obtener una muestra representativa que se someterá a tamizaje (masa de 800[grs] y un tiempo de tamizaje de 8[min]).

• Realizar el análisis granulométrico de la muestra obtenida.

• Devolver luego del análisis granulométrico la muestra al material proporcionado.

• Poner en funcionamiento el chancador y ajustar el reloj a tiempo cero.

• Pasar todo el material por el chancador, cuidando que se haga en forma continua.

• Anotar el tiempo que se demora en triturar todo el material.

• Una vez finalizada la etapa de chancado, homogeneizar el material para obtener una muestra representativa.

• Realizar un análisis granulométrico a la muestra obtenida.

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7. Informe:

• Tabule los resultados, de los análisis granulométricos.

• Grafique las curvas de distribución de acumulado pasante en la alimentación y el producto (en un mismo gráfico).

• Calcule la capacidad básica teórica del chancador.

• Calcule la capacidad modificada del chancador.

• Calcule la capacidad real del chancador (Ton/hr).

• Calcule la razón de reducción de la maquina y la razón de reducción del 80%.

• Calcule la eficiencia del equipo.

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Laboratorio 4

CARACTERIZACIÓN DE PARTÍCULAS Y PULPAS MINERALES

Objetivos.

• Determinar el peso específico de una mena mineral, mediante los métodos del Picnómetro, balanza Marcy y desplazamiento de volumen.

• Preparar pulpas a partir de ciertos datos teóricos y su posterior comprobación de ellos utilizando el método de la balanza Marcy.

• Realizar moliendas en seco y en húmedo, y cuantifica su efecto en la molienda de un mineral.

• Familiarizar al alumno con el uso de tablas y formulas comúnmente empleadas.

Introducción I. Teoría Básica de Flujos Bifásicos.

El movimiento de materiales finos dentro de una faena minera, el transporte desde el área de molienda al área de flotación, el transporte de colas y concentrados al interior del área de flotación, como el transporte de concentrados desde la concentradora a la planta de filtros o el transporte de relaves al tranque, constituyen casos típicos de movimiento de pulpas y que son a menudo importantes en el diseño de una instalación minera.

En general, la ubicación en nuestro país de los yacimientos permite usar las condiciones favorables de pendientes topográficas y balances hidrológicos existentes, lo que hace pensar de inmediato en el transporte mediante un sistema hidráulico, consistente en el movimiento gravitacional y/o forzado de suspensiones sólido-liquido (pulpas) ya sea en tuberías o canales.

El transporte hidráulico gravitacional tiene dos alternativas: flujo en presión (tuberías) y flujo a superficie libre (canal o tubería en acueducto).

Por ser un método más seguro y de mayor grado de utilización en los países desarrollados, sobre todo en los transportes de sólidos a grandes distancias, el transporte hidráulico de sólidos por tuberías (en presión) ha recibido un mayor desarrollo científico y tecnológico, en cambio el transporte hidráulico de sólidos por canaletas corresponde a aplicaciones muy puntuales.

Para que un sistema de transporte hidráulico de sólidos opere es necesario que se cumplan las siguientes condiciones:

• El sólido a transportar no debe reaccionar con el fluido ni con la tubería o canaleta.

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• Las partículas sólidas deben poder mezclarse y separarse fácilmente.

• No debe existir riesgo de interacción química entre las partículas sólidas de modo tal de no provocar aglomeración de ellas y una posterior obstrucción en la tubería.

• El desgaste y ruptura que podrían sufrir las partículas durante el transporte no debe tener efectos adversos para el proceso posterior del sólido.

En general estos requerimientos son satisfechos en todos los procesos de la minería metálica, pero hay que tener ciertos cuidados en el transporte de algunos minerales no metálicos como la caliza, azufre, cal, etc.

El flujo de pulpas es susceptible de ser modelado matemáticamente en forma bastante rigurosa y general; sin embargo las ecuaciones resultantes del llamado modelo "exacto" son, además de complejas desde el punto de vista matemático, incompletas en el sentido de que contienen siempre términos de difícil estimación a la luz de los estudios realizados hasta hoy. Sin embargo, debido a la urgencia tecnológica de resolver problemas de interés industrial, ha sido necesario buscar soluciones rápidas para definir sistemas de flujo de pulpas de diseño aproximado. Surgió así una buena cantidad de modelos empíricos, basados en su mayoría sólo en consideraciones de análisis dimensional que permiten resolver los diseños de sistemas de transporte hidráulico de sólidos en forma aproximada, pero de forma tal que es posible desarrollar Proyectos con un alto grado de seguridad de éxito. Por 1o tanto, la mayoría de las operaciones de la Ingeniería Metalúrgica se realizan en pulpas acuosas, por lo cual es importante conocer sus propiedades. La pulpa de mineral es un sistema bifásico y como tal presenta propiedades características. La deformación y el escurrimiento de pulpas forman parte del campo de la "reología". La reología es la ciencia que estudia o trata propiedades físicas (viscosidad, la plasticidad, la elasticidad y el escurrimiento) del flujo de materia. Para llevar a cabo cualquier estudio práctico de reología referente a pulpas, es necesario conocer la forma y los métodos existentes para la medición de sus densidades.

II. Composición de una Pulpa.

Se define como "pulpa" o "slurry" toda aquella mezcla sólido-liquido en la cual la fase sólida está constituida por partículas finas disgregadas (las que contienen el mineral de interés) y la fase líquida es agua o soluciones acuosas.

Para poder caracterizar e identificar una pulpa en particular, es necesario la determinación de algunos parámetros:

Donde: %S: Porcentaje de sólidos. MS: Masa del sólido. MP: Masa de la pulpa.

φV = Vs / VP

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Donde: φV: Fracción volumétrica de sólido. VS: Volumen del sólido. VP: Volumen de la pulpa.

Donde: D : Dilución. ML: Masa del liquido.

III. Peso Específico.

El peso específico de un mineral es la relación de su densidad con la densidad del agua a 4oC. Es un número que expresa la relación entre el peso del sólido y el peso de un volumen igual de agua a 4oC. Puede conocerse en cualquier caso, al comparar el peso de un cierto volumen de mineral de interés con el peso de un volumen igual de agua.

3.1. Peso Específico Real.

Corresponde al peso de una sustancia por unidad de volumen elegido, considerando que la sustancia es una masa compacta, es decir, no existen poros entre las partículas que la forman. Este peso específico real se utiliza cuando se necesita conocer el volumen efectivamente ocupado por la masa de sólido, prescindiendo del volumen que ocupan los poros; en cálculos para el control de pulpas o en necesidades de operación a nivel de laboratorio.

3.2. Peso Específico Aparente.

Corresponde al peso que tiene una unidad de volumen de sólido en forma de partícula de tal manera que en él está incluido el volumen que resulta de la suma de los volúmenes de cada una de las partículas y el volumen de todos los espacios libres que quedan entre las partículas y los límites físicos que imponemos a la unidad de volumen.

IV. Métodos a Utilizar.

4.1. Método del Picnómetro. Este método está dado por la siguiente relación:

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Donde: ρM : Densidad del mineral. A : Masa del picnómetro con tapón. B : Masa del picnómetro con tapón más agua y mineral. M : Masa del picnómetro con tapón y mineral P : Masa del picnómetro con tapón y agua. ρH2O: Densidad del agua a temperatura ambiente. 4.2. Método de la Probeta.

Es un procedimiento basado en el desplazamiento de volumen, se medirá en una probeta graduada, se utilizará mineral seco, se tendrá un volumen inicial de agua, se agregará el material, midiendo el volumen que ocupa este, para posteriormente medir el volumen final.

La densidad se expresara como:

Donde: Mm: Peso del mineral Vf: Volumen final. Vi: Volumen inicial. 4.3. Método de la Balanza Marcy. 4.3.1. Calibración de la Balanza.

La balanza debe ser colgada de manera tal que quede suspendida libremente en el espacio.

Llene el recipiente con 1000[cc] de agua pura y cuélguelo del gancho de la balanza, luego limpie el material de la parte exterior del recipiente. La aguja de la balanza deberá marcar 1000 en el dial exterior, quedando en posición vertical. Si fuese necesario, gire la perilla de ajuste ubicada sobre el gancho. En ese momento la balanza estará calibrada.

4.3.2. Toma de Muestra.

Llene el recipiente con la pulpa o el líquido deseado. El nivel del líquido tiene que alcanzar las perforaciones de rebalse. Limpie el material de la parte exterior del recipiente. Cuélguelo de la balanza y determine la gravedad específica de la pulpa o el porcentaje de sólidos en la pulpa.

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4.3.3. Porcentaje de Sólidos.

Si se conoce la gravedad específica del sólido en la pulpa, el porcentaje de sólidos se puede leer directamente en el dial. Seleccione el dial adecuado para una gravedad específica de un sólido en la pulpa. Cuelgue el recipiente lleno en la balanza. El porcentaje de sólido en la pulpa se lee en el sentido de los punteros del reloj en los anillos concéntricos de colores y utilizando el valor de la gravedad específica correspondiente.

4.3.4. Gravedad Específica de la Pulpa.

Cuelgue el recipiente lleno en la balanza siguiendo los pasos anteriormente mencionados y lea la gravedad específica de la pulpa en el anillo exterior del dial.

4.3.5. Gravedad Específica de un Sólido.

Prepare una muestra de material representativa, seca, entre -10 mallas y +100 mallas (Tyler). Cuelgue el recipiente vacío y seco de la balanza y empiece a llenarlo con la muestra hasta que la aguja indique 1000[grs] en el anillo exterior del dial. Vacíe la muestra en algún receptáculo. Llene un tercio del volumen del recipiente con agua y vierta el material en el recipiente asegurándose que cada partícula se moje completamente y se eliminen las burbujas de aire. Cuelgue el recipiente de la balanza y complete el volumen con agua hasta las perforaciones del rebalse. Lea la gravedad específica del sólido directamente en el anillo exterior del dial.

V. Procedimiento.

5.0. Diámetro de la partícula.

• Tomar una partícula de mineral y medir el diámetro de Feret.

• La misma partícula se deja sedimentar en un cilindro con agua.

• Para luego calcular el diámetro de Stokes.

5.1. Método del Picnómetro.

• Lavar el picnómetro y secarlo completamente.

• Pesar el picnómetro vacío con tapa.

• Pesar el picnómetro con cierta cantidad de mineral (-200 mallas) y con tapa.

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• Introducir al picnómetro agua y aplicarle vacío.

• Pesar cl picnómetro con agua, mineral y tapa.

• Pesar el picnómetro lleno de agua y con tapa.

• La temperatura del agua debe ser considerada.

5.2. Método de Desplazamiento de Volumen.

• Determinar la densidad de un sólido y de un agregado de partículas.

• Utilizar 50[grs] de mineral de rangos de tamaños 10/14, 14/28 y 28/35 mallas, agregar a

una probeta de 100[cc].

• Medir el volumen.

• Agregar 50[cc] de agua y agitar hasta eliminar el aire ocluido.

Donde: Vt: Volumen total. VAGUA: Volumen de agua. VS: Volumen del mineral.

• Determinación densidad aparente:

Donde: VA: Volumen aparente (considerar poros + partículas).

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ρA: Densidad aparente. Vpo: Volumen de los poros, espacios entre las partículas.

• Porosidad:

Donde: ε: Porosidad. 5.3. Utilización de la balanza Marcy.

• Calibrar la balanza Marcy llenando el recipiente con agua hasta que rebalse por el orificio que asegura contener 1000[cc] del liquido. Limpie el agua de la parte exterior del recipiente.

• Preparar dos pulpas una de 20% y otra de 40% en sólido, conociendo la densidad del sólido.

• Llene el recipiente aforado de la balanza con una de las pulpas preparadas y limpie el material de la parte exterior del recipiente. De manera análoga trabaje la pulpa de 40%.

• Preparar una pulpa de 30% de sólido, a partir de las dos pulpas anteriores en un volumen de tres litros.

• Preparar una pulpa de 30% de sólido diluyendo la pulpa de 40% de sólido. Leer en la balanza Marcy las densidades de las pulpas formadas comprobando su porcentaje de sólido y densidades de pulpas. 5.4. Molienda en seco y en húmedo: (tiempo de molienda 4[min])

• Preparar 4 muestra (entre -8# y +10#), de aproximadamente 1000[grs] de mineral.

• Dos de las muestras se utilizarán para realizar la molienda seca. Y con las dos muestras restante se realizara la molienda húmeda de un 55% de sólido.

• Para realizar la molienda seca y húmeda, se ocuparan dos cargas de bolas distintas:

Carga No1: 12.400[grs] de tamaño (5.2[cm] - 5.5[cm])

Carga No2: 12.400[grs] de tamaño (2.6[cm])

A los productos obtenidos de la molienda seca realizarle un análisis granulométrico, y para las experiencias en húmedo, se deben limpiar cuidadosamente las bolas y el interior del molino, filtrar, secar el producto obtenido y posteriormente realizarle un análisis granulométrico.

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VI. Informe.

Datos Experimentales:

Prueba No 5.1

Prueba No 5.2

Prueba No 5.3

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Prueba No 5.4

Resultados Calculados:

Prueba No 5.0

Diámetro

Feret

Stokes

Prueba No 5.1

ρM =

Prueba No 5.2

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Prueba No 5.3

• Construir una tabla de análisis granulométrico para cada una de las experiencias.

Prueba No 5.4

• Graficar para cada una de las experiencias Acumulado pasante v/s Abertura.

• Para cada una de las experiencias obtenga el P50 (la abertura donde pasan el 50% de las partículas).

Discusión:

• Realice los análisis correspondientes a los diversos métodos empleados, determinando la influencia del tamaño de partícula sobre la densidad del sólido, la densidad aparente y la porosidad.

• Comparar con los valores leídos en la balanza Marcy con los obtenidos teóricamente, y construir una tabla para tal comparación.

• Comparar y determinar el efecto del tamaño de la carga de bolas, tanto en húmedo como en seco, en la granulometría del producto de molienda.

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PRESENTACION Y CONFECCION DE INFORME DE PREPARACION

MECANICA DE MINERALES.

El informe no podrá contener errores ortográficos ni gramaticales. Aparte de ésta se

deberán adoptar las siguientes normas, para la confección del informe:

Presentación: El trabajo debe ser presentado en papel tamaño carta, ocupando solo la cara

del papel. El margen de la izquierda de 3 cm., el de la derecha a 2 cm. Y el superior e inferior de

2.5 cm. El trabajo debe ser tipeado a máquina o en computador con espaciado entre líneas de 1.5

espacios, y tamaño 12 con letra Times New Roman. Debe ser escrito en tercera persona, singular

(3%)

Página de Título: La primera página del informe corresponderá al título, y debe contener

la siguiente información: Universidad Arturo Prat, Departamento de Ingeniería, Logo, Número

de Informe, Alumno (s), Profesor de asignatura, Ayudante y Fecha. (3%).

Sumario: Resumen del informe, donde se debe realizar una breve síntesis de todo el

informe, exponiendo los principales objetivos generales y específicos, además de las

conclusiones mas relevantes. Máximo 1 hoja. (10%)

Indice: El índice general debe proveer al lector de una visión analítica de las materias

desarrolladas y tratadas en el informe. Esta tabla se compondrá de: Título, Contenidos, Número

de página. Máximo 1 hoja. (3%)

Introducción: Contendrá la explicación que permita comprender el origen y necesidad de

realizar el tema. Deben mencionarse todos los Objetivos Generales Específicos, Descripción de

los Elementos Utilizados, Antecedentes Teóricos y Prácticos, incluyendo esquemas y fórmulas

correspondientes. Es decir, el sustento global del informe se presenta en este tópico. Sin máximo

de hojas. (20%)

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Procedimiento: Se deberá realizar una descripción detallada de cada una de las etapas

efectuadas en laboratorio, en forma secuencial, sin omitir datos numéricos. Máximo 3 hojas.

(10%)

Datos Experimentales: Se presentan en tablas la etapa del procedimiento y los datos

obtenidos. Por ejemplo: Temperaturas Utilizadas: T° Inicial, T° Máxima, T° Final. Máximo 2

hoja. (5%)

Resultados Calculados: Se presentan en tablas todos los resultados finales obtenidos.

Máximo 4 hojas. (10%)

Discusiones: Se recomienda realizar una discusión grupal previa, para considerar algunos

factores de importancia que pudieron afectar o favorecer el proceso. Máximo 4 hojas. (15%)

Conclusiones: Se presentarán separadamente las diversas conclusiones derivadas del

estudio. Recuerde, que las conclusiones no son discusiones y deben aparecer de mayor a menor

importancia. En caso de que hubiera recomendaciones, estas deben citarse al final de las

conclusiones. Máximo 1 hoja. (15%)

Bibliografía: Deberá detallarse lo siguiente: Nombre del Autor, Nombre del Libro, Año

Edición, Números de Páginas consultadas, también deben incluirse Guías, Materia de Cátedra,

etc. Esta Bibliografía se debe citar en todo el trabajo. Máximo 1hoja. (3%)

Anexos: En esta etapa se concentrará toda la información complementaria del informe, que

no sea necesaria mencionarlo en algún capitulo anterior, por ejemplo: ejemplo de cálculo, figuras

de apoyo, microscopio, tamices, balanzas, etc. Estos elementos al nombrarse en el Texto, se debe

especificar su ubicación de la siguiente manera: Fig. 2: Microscopio (Anexo). (3%)

Observación: el informe entregado después de la fecha acordada, se le descontará un 5%

del total por cada día de atraso.