clasificacion
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Clasificación
Clasificación de Tamaños Operación de separación de partículas sólidas homogéneas de tamaño o peso, ya sea por separación directa o por sedimentación diferencial, a través de un fluido (magne).
El proceso de clasificación es asociado normalmente a la separación por tamaño, sin embargo, en la separación directa existen otros aspectos como la densidad y forma de las partículas que afectan al proceso.
La clasificación se realiza por:
En procesamiento de minerales normalmente se emplea la clasificación hidráulica, dejándose la clasificación neumática para casos muy específicos en la industria del cemento y de minerales no metálicos solubles.
Sedimentación diferencial de un fluido: esta se denomina clasificación hidráulica o neumática, dependiendo del fluido utilizado
Harneado
En el Harneado, las partículas se separan principalmente deacuerdo con su dimensión y forma.
En la Clasificación Hidráulica, se separan por diferencias de tamaño, densidad y forma; ya que estas propiedades afectan sus velocidad relativas en el fluido.
Definiciones y Terminología El proceso de Clasificación por tamaño se
puede representar por el siguiente esquema:
Alimentacion Producto fino
Producto grueso
Clasificador
Harnero
Hidrociclon
como se observa, además lo podemos representar por un flujo de alimentación (F), y un producto, que en la mayoría de los casos está constituida por dos fracciones.
Una fracción integrada mayoritariamente por partículas finas (U), que recibe el nombre de“bajo tamaño” (en hidrociclones“rebalse”).
Otra fracción, integrada minoritariamente de partículas gruesas (C), que recibe el nombre de “sobre tamaño” (en hidrociclones “descarga”).
Generalmente un clasificador opera en conjunto con un equipo de reducción de tamaño, en dónde el clasificador cierra el circuito.
El material proveniente del equipo de reducción de tamaño es llevado al clasificador, en dónde se separa en dos fracciones:
La fracción gruesa esdevuelta al equipo de
reducción.
La fracción finacontinua a la
próxima operación.
La finalidad de la combinación “equipos de reducción–clasificación” es eliminar de la etapa de Conminucion lo más rápidamente posible, todas aquellas partículas que posean un tamaño adecuado, evitando así la sobre-molienda del material.
Clasificación en Harneros El Harneado (cribado) es una operación de
clasificación dimensional de granos sobre una superficie perforada que dejan pasar los granos de dimensiones inferiores alas dimensiones de la perforación, mientras que los granos de dimensiones superiores son rechazados y evacuados separadamente.
Idealmente las partículas mayores que las aberturas son retenidas sobre la superficie, mientras que las partículas menores pasan a través de las aberturas
Objetivos del Harneado Separar los fragmentos más gruesos contenidos en
una mezcla de material, ya sea para eliminarlos o para ser enviados a una nueva etapa de chancado.
Separar los fragmentos más pequeños, como un producto final o eliminarlos como desecho.
Clasificar los productos fragmentados en dimensiones comerciales.
Clasificar los productos con vista a obtener operaciones de tratamiento mecánico o físico- químico antes de llevarlos a dimensiones homogéneas.
Extraer desde la alimentación a una chancadora,aquel material que cumple con las especificacionesdel producto, de modo de aumentar la capacidad y eficiencia de la maquina.
El harneado mecánico se basa en las oportunidades depaso de una partícula a través de la superficie clasificadora.
Estas “oportunidades” son función de la trayectoria de los granos, la forma de las partículas, el espesor del orificio, del número sucesivo de orificios que se puede encontrar una partícula determinada, etc.
Condiciones de Harneado
En una condición de Harneado “ideal” , las partículas llegan al harnero de “a una”, en una trayectoria normal a la superficie, con la menor dimensión centrada en la abertura y deben atravesar una superficie de espesor cero.
En una condición de Harneado “real”, las partículas llegan amontonadas, con velocidad apreciable, en una trayectoria paralela a la superficie, con su sección de mayor dimensión presentada hacia la abertura y debiendo atravesar una superficie de algún espesor.
de esta forma, que en una operación “real”, las partículas netamente más pequeñas que el orificio pasan sin dificultad, en cambio, las partículas cuya
dimensión tiende a acercarse al tamaño de abertura, tienen menos posibilidades de pasar.
Las oportunidades de pasar para una partícula de dimensión igual al 90% de la abertura, es aproximadamente del 1% para harnear la totalidad de las partículas de esta dimensión hace falta un mínimo de 100 aberturas sobre la trayectoria de una de estas partículas.
Se llaman “partículas difíciles” a aquellas cuya dimensión está comprendida entre 0.75 y 1.25 veces la abertura.
Con esta noción se puede definir la capacidad del harneado: como el valor del tamaño de alimentación, para el cual el harneado efectúa de forma satisfactoria la separación que ha sido prevista.
Factores que afectan la capacidad del Harneado
El porcentaje de rechazos en el material a harnear.
El porcentaje de granos difíciles. El contenido de humedad. La forma de los granos
En la eficiencia del Harneado, NO EXISTE una separación industrial con resultados perfectos, esto debido a que:
La longitud de los harneros se encuentra forzosamente limitada.
Las superficies de harnero presentan tolerancias de fabricación las cuales incrementarse con el desgaste.
Su deterioro accidental puede conducir a perturbaciones en el proceso si no son inmediatamente descubiertas.
Las trayectorias de los granos en las cercanías de las superficies del harneado son paralelas a la superficie, lejos de trayectorias normales, que son lo ideal.
Los aparatos usados en laboratorios para verificación de las muestras harneadas no son de una perfección total.
Los principios del harneado para cualquier aplicación industrial son básicamente los mismos:
El material que se va a clasificar se deposita en la superficie del harnero en un flujo continuo, al caer sobre la superficie del harneado o sobre un chute, el material pierde gran parte de la componente vertical de la velocidad y cambia la dirección de su movimiento.
¿Cómo se clasifican los Harneros?
Harneros
Estacionarios Móviles
Grizzlies
Sieve Bend Harneros Vibratorios
Trommels
Los más utilizados en plantas de procesamiento de minerales, son los móviles.
Harneros de Alta Velocidad.
Harneros EstacionariosHarneros de barras, Grizzly
Características: Se usa para harneado de material de tamaño muy
grueso.
Consiste en una serie de barras paralelas con abertura de ancho constante en un marco montado.
Estas pueden estar en sentido horizontal o inclinados, las mas comunes, alrededor de 35º a 45º sobre la superficie horizontal.
El flujo de mineral va en la misma dirección de las barras ya sea para facilitar el flujo y reducir la obstrucción de las aberturas.
Frecuentemente las barras forman parte del fondo de un canal de paredes laterales que debe ser lo bastante alto para evitar caer sobre ellas y que reboten algunos trozos y caigan al exterior.
Aplicación: Preclasificar la alimentación a las chancadoras primarias.
Eficiencia de separación es baja, debido a la velocidad de descenso de los trozos y a la falta de agitación en los tamaños críticos( 3/4 a 3/2 del tamaño de la abertura).
Harneros Estacionarios:Harneros de curvos Sieve Bend:
Características:
Se utiliza para harneado húmedo de material fino.
Son de alta capacidad que utilizan una superficie de harneado cóncava formada por barras en forma de cuña.
Consiste en una serie de barras paralelas con una abertura de ancho uniforme, en el rango de 100μm(150 mallas) a 12000μm, y que están a una ángulo recto con el flujo de pulpa sobre superficie.
La distribución de la alimentación se dispone de tal manera que el flujo de pulpa se dispone uniformemente en forma tangencial sobre todo al ancho del harnero.
La clasificación de ``Sieve Bend`` es independiente de la gravedad especifica de las partículas, por contrario de los hidráulicos.
Aplicación: Principal, es en los circuitos de molienda
donde es esencial evitar una sobremolienda. En las plantas metalúrgicas, el rango es de
200μm a 3000μm.
Harneros Móviles:Harnero rotatorio Trommel.
Características:
Es uno de los dispositivos para harneado mas antiguo.
Tiene una forma cilíndrica y gira entorno a un eje axial( 40% de la velocidad critica) con una pequeña inclinación( alrededor de 18º c/r del eje horizontal).
Se alimenta con material en el extremo del tambor y el material bajo tamaño pasa a través de las aberturas
El material sobre tamaño descarga en el extremo opuesto.
Se puede procesar en seco o en húmedo.
Estos dispositivo pueden tener distintas secciones de tamaño de abertura, tratan materiales desde 55mm hasta 6 mm y a un menor tamaño si se procesa en húmedo.
Aplicaciones: Tratamiento de gravas, de productos de
canteras, de yacimientos aluvionales de oro y estaño.
Desventaja: Poca capacidad y se tapa o satura con
facilidad
Harneros Móviles:Parrilla Vibratoria.
Características:
Es similar a Grizzly, pero oscila en su totalidad por efecto de tipo eléctrico o mecánico con baja amplitud y alta frecuencia.
Esta vibración facilita el desplazamiento de la carga a lo largo de su superficie, por lo que trabajan con inclinación menor.
Aplicación: Actualmente se utilizan como
clasificadores de mineral de descarga de molinos semiautógenos.
Además, se utiliza para detener los „‟scrap`` de la descarga de los molinos de bolas.
Harneros Vibratorios Son los mas utilizados en plantas de
procesamientos de minerales.
La acción de un harnero vibratorio es presentar las partículas repetitivamente en su superficie, que consiste en un numero de aberturas de igual tamaño.
Por la vibración , el lecho de material sobre la superficie del harnero tiende a desarrollar un lecho fluido permaneciendo las partículas mas gruesas en la parte superior, mientras que las mas pequeñas se separan a través de los intersticios de las de mayor tamaño, encontrando su trayectoria hacia el fondo del cajón.
A esta característica de orientaciónparticular se le denomina estratificaciónpor escurrimiento.
Para tomar la máxima ventaja de la estratificación , la profundidad del lecho de material desde la alimentación hasta el final de la descarga (para alimentación continua) debe ser razonable para la separación de tamaño a realizar. Para una alimentación dada el ancho del harnero es seleccionado para controlar esta profundidad del lecho y alcanzar la estratificación optima.
Una regla empírica general indica que la profundidad del lecho en la descarga nunca debe ser mayor a cuatro veces la abertura de la superficie del harnero , para un material de densidad aparente:
100 lb/pie^3 , tres veces para un material de densidad
50 lb/pie^3.
Tipos de lechos en harneros
Los harneros vibratorios pueden ser usados en forma continua o discontinua.
Discontinuo: las partículas son ubicadas sobre el harnero y vibradas un periodo de tiempo , siendo el numero de oportunidades directamente proporcional al tiempo de harneado.
Continuo: las partículas son continuamente alimentadas por la parte superior de un harnero inclinado y fluye a través de la malla influenciado por la gravedad. El numero de oportunidades es directamente proporcional a la longitud y ángulo de inclinación.
La probabilidad de que la partícula choque en la superficie del harnero o pase a través de las aberturas de este , es directamente afectada por la relación de tamaño de la partícula y el de dicha abertura.
La mayor probabilidad de que la partícula pase a través de la abertura existe cuando la abertura es mucho mas grande que el tamaño de partícula. La menor probabilidad de que la partícula pase a través de las aberturas existe cuando el tamaño de la abertura en mas pequeño que el tamaño de la partícula.
La velocidad del flujo de material a través de las aberturas de la superficie del harnero variara dependiendo del grado de estratificación y de la probabilidad de paso
Harneros vibratorios
Consisten básicamente en una bandeja rectangular de poco fondo , provista de fondos perforados y que se hacen vibrar por distintos procedimientos .
Inclinaciones entre 0° a 35°.
Frecuencia entre 700 a 1000 ciclos por minuto con amplitudes de 1,5 a 6 mm.
El movimiento se efectúa en un ángulo con respecto del plano del piso , debido a lo cual el material rebota , en vez de resbalar sobre el piso.
El movimiento sirve tanto como para estratificar el material como para trasladarlo
Tipos de harneros vibratorios Inclinados de dos descansos: el movimiento
vibratorio es generado por unos pesos desequilibrados , colocados en el eje del vibrador.
Inclinados de cuatro descansos: el movimiento es
creado por la excentricidad mecanizada del eje ,el que le proporciona una amplitud positiva. Los cuatro rodamientos están montados sobre el mismo eje en posición interna sujetos al cuerpo del harnero , y los externos cada uno montado en carcazas soportes y fijas rígidamente a la base estructural de apoyo o montadas sobre un conjunto de brazos laterales que flotan libremente sobre amortiguadores de goma.
Horizontales: el movimiento del material solo se desarrolla por la vibración del sistema . La vibración se efectúa por la acción de dos ejes excéntricos rotando en direcciones opuestas y montados de tal manera que la línea de acción entre ellos pasen por los centros de gravedad del montaje del harnero.
Harneros de alta velocidad Clasificación de materiales finos.
Velocidades de 1500 a 3000 ciclos por minuto, con amplitudes de 4,8 mm y menores.
Tipo: inclinado de 2 o 4 rodamientos.
Los mecanismo vibratorios pueden ser electromecánicos o electromagnéticos
Harneado en húmedo En el harneado en húmedo existe un
fluido que agregado a los sólidos forma una pulpa.
El fluido hace el trabajo , arrastrando o percolando los finos a través de la superficie de la malla .
Eficiencia en Harneros La eficiencia de un harnero esta
determinado por el grado de perfección de la separación del material en dos fracciones: material grueso y material fino. Existen dos métodos para determinar la eficiencia de un Harnero
1– Eficiencia de recuperación de Bajo tamaño, “E”. 2– Eficiencia de eliminación de Bajo tamaño, “e”.
Factores que afectan la eficiencia de un harnero.
1. Velocidad de alimentación: Velocidad del flujo sobre el harnero y profundidad del lecho de material
2. Características del movimiento y pendiente 3. Humedad superficial del harnero. 4. Tipo de superficie de harneado y área y
forma de las aberturas 5. Naturaleza del material a harnear. 6. Porcentaje de material fino y porcentaje de
material de tamaño critico ( ¾ a 1.5 veces el tamaño de la abertura) en la alimentación del harnero.
Capacidad del harnero Hay dos enfoques básicos al calculo del
tamaño de un harnero necesarios para una determinada tarea de separación: los métodos empíricos que se basan en gráficos o tablas y los métodos basados en ensayos realizados con el material real a tratar.
Modelos Matemáticosa) Modelos probabilísticos, que se basan en
predecir la probabilidad de paso de una partícula a través de la abertura de la malla.
b) Modelos cinéticos, que consideran la velocidad de transporte de las partículas sobre el harnero.
c) Modelos empíricos , basados en la capacidad, normalmente usados por los proveedores de harneros para una aplicación especifica, son los usados en ensayos de laboratorios por los fabricantes.
HIDROCICLONES
Los HIDROCICLONES conocidos también por ciclones, forman una clase importante de equipos destinados principalmente a la separación de suspensiones sólido – líquido. La primera patente del HIDROCICLÓN data de 1891, sin embargo, su utilización industrial recién tuvo inicio después de la segunda guerra mundial en la industria de procesamiento de minerales. Desde entonces, vienen siendo usados industrialmente, de manera diversificada en las industrias química, metalúrgica, petroquímica, textil, y otros.
Los HIDROCICLONES fueron originalmente diseñados para promover la separación sólido-líquido, sin embargo, actualmente son también utilizados para separación de sólido – sólido, líquido – líquido y/o gas – líquido.
La industria minera es el principal usuario de los HIDROCICLONES, siendo aplicado en clasificación de líquidos, espesamiento, ordenamiento de partículas por densidad ó tamaño y lavado de sólidos
Las diferentes necesidades han obligado a los investigadores y constructores a desarrollar equipos que en ocasiones guardan poco parecido con la imagen de un hidrociclón convencional.
Por ello parece necesario intentar clasificarlos, detallando sus diferencias constructivas y campos de aplicación.
De acuerdo a su geometría podrían clasificarse en dos grandes grupos: Cónicos y Cilíndricos.
Dentro del primer grupo se incluirían los cónicos de cono pronunciado y los de cono tendido. El segundo grupo recogería los cilíndricos de fondo plano y descarga periférico, y los cilíndricos con descarga central.
Hidrociclones relativamente nuevos: El hidrociclón criba y el Ciclón Aireado
(Air-Sparged Cyclone).
Estos equipos, aún recibiendo el nombre de hidrociclones, se alejan, en su aplicación, de aquellos.
HIDROCICLONES CONICOS
Los hidrociclones cónicos, o convencionales, podrían subclasificarse de acuerdo al ángulo de su parte cónica.
CONO PRONUNCIADO, CONVENCIONALESEste grupo recogería los Hidrociclones con ángulo menor de 20º, caracterizados por un cuerpo relativamente largo debido a su conicidad. Este tipo de diseño se acompaña con partes cilíndricas de gran longitud (mayor que una vez el diámetro), y toberas de alimentación y rebose de pequeñas dimensiones, para aumentar el tiempo de residencia.
Esto, debido a la gran altura libre de vórtice, (distancia entre el borde inferior de la tobera de rebose y el vértice de la parte cónica), y su influencia inversamente proporcional al tamaño de corte, los hace los más adecuados para clasificaciones finas, como se requiere en operaciones de clarificación y espesado.
En general, solamente los hidrociclones de pequeño y medio diámetro, hasta 250 mm, se construyen con conicidad pronunciada.
Suelen operar a presiones medias, entre 150 y 400 kPa, obteniendo tamaños de corte entre 2 micras y 30 micras.
Es este tipo el más difundido, especialmente en el tratamiento de minerales industriales donde a menudo se requieren clasificaciones más finas
Ciclones de cono pronunciado (Ǿ100 mm) en circuito de lavado en contracorriente.
CONO TENDIDO Los hidrociclones de cono tendido o ancho,
mayor de 20º, son usados principalmente para clasificar tanto por tamaño como por densidad (clasificación selectiva). El ángulo de su parte cónica varía entre 20º y 45º, aunque excepcionalmente pueden encontrarse hidrociclones de hasta l60º.
Se construyen en diámetros comprendidos entre 250 mm y 1250 mm, aunque algunos fabricantes construyen modelos de hasta 2000 mm
Ciclón de cono tendido ( Ǿ 750 mm) en lavado de arenas.
Como es lógico al disminuir el tiempo de residencia de la pulpa en el interior del hidrociclón, por su menor longitud, aumenta el tamaño de separación. Ello trae como consecuencia que estos hidrociclones no alcancen una elevada recuperación de sólidos, (referida a la descarga), pero si presentan una mejor selectividad.
La presión de operación suele ser menor a 150 kPa, aunque nunca menor de 20 kPa pues sino no se consigue una columna central de vacío estable.
Generalmente se operan entre 30 kPa y 100 kPa y pueden alcanzar cortes entre 30 micras y 150 micras.
Ha podido observarse en unidades de laboratorio, construidas en materiales transparentes, la formación de una "cama" de sólidos en la parte baja del cono que permanece en movimiento a lo largo del núcleo central, lo cual da lugar a un efecto de reclasificación, explicando él por qué de la mejor selectividad de estos hidrociclones de cono ancho
HIDROCICLONES CILINDRICOS Podrían incluirse dentro de la clasificación
anterior, como hidrociclones de cono tendido, pero debido a que exteriormente no se aprecia nada más que su cuerpo cilíndrico por su ángulo de 180º, es decir fondo perpendicular a la pared lateral, y también porque su campo de aplicación difiere notablemente de aquellos, merecen un tratamiento diferenciado.
No suponen realmente una nueva teoría, pues ya a principios de siglo pueden encontrarse las primeras aplicaciones de este tipo de ciclones.
CON DESCARGA PERIFERICA Consisten, básicamente en un ciclón
convencional del cual se ha eliminado su zona cónica, remplazándola por una parte cilíndrica de similar longitud. El fondo del ciclón es plano y la extracción del producto grueso se realiza tangencialmente por la zona baja de la pared cilíndrica.
Como quiera que este diseño provoca una descarga muy diluida, debido al corto circuito, (partículas finas en suspensión en el líquido acompañando a la descarga) la eficiencia de separación se reduce.
Este tipo de hidrociclones debería presentar ventajas operativas en procesos de tratamiento de minerales industriales, donde se opera normalmente a bajas concentraciones de sólidos.
Difiere este diseño del anterior en que la descarga se realiza de modo convencional, es decir, a través de un orificio central
CILINDRICOS CON DESCARGA
CENTRAL. FONDO PLANO
Con el fin de ampliar el campo de trabajo de los hidrociclones hacia tamaños de corte mayores, por encima de las 150 micras surgió, basándose en la cama de sólidos que se crea en los ciclones de cono obtuso, el desarrollo de los llamados ciclones de fondo plano,, ciclones de lecho circulante o clasificadores del lecho circulante.
Se explicaba anteriormente que el lecho "fluido" creado en la zona inferior de los ciclones de cono ancho, no es un lecho estacionario, sino que está dotado de un movimiento de convención alrededor del núcleo central, lo cual favorece la reclasificación de partículas, ligeras o de pequeño tamaño, mal clasificadas, que en su movimiento constante son en algún momento arrastradas por el torbellino interior o principal, siendo finalmente evacuadas con el rebose superior.
Este principio no puede ser aprovechado en un ciclón cónico, porque un aumento de la altura del lecho provocaría rápidamente la obstrucción de la boquilla de descarga, debido a la fricción de las partículas con la pared cónica (efecto silo), pero si puede ser desarrollado, alejando la pared del orificio de descarga, para lo cual se elimina la zona cónica, prolongando al mismo tiempo la zona cilíndrica y "cerrando" el ciclón con un fondo horizontal o casi, con un ángulo comprendido entre l60º-l80º.
El lecho fluido creado en el fondo del ciclón actúa como un "colchón", amortiguando las variaciones en la alimentación, tanto en caudal como en concentración de sólidos.
Este efecto es de sumo interés, especialmente en circuitos cerrados de molienda donde existen variaciones frecuentes de la concentración de sólidos en la alimentación, debido a los cambios de dureza del mineral y otras variables. Una disminución de la concentración de alimentación es seguida de una disminución de la concentración en la descarga, lo que provoca automáticamente una pérdida de partículas finas con el producto grueso (corto-circuito o by-pass).
Contrariamente a lo que podría pensarse la tendencia a la obstrucción de la descarga, por aumentos en el tonelaje de sólidos, es menor en ese tipo de ciclones que en los convencionales, resultando extraño, llegar a la obstrucción total, lo que es bastante usual en circuitos de molienda, con las terribles consecuencias que esto trae para los circuitos de flotación posteriores que reciben el producto del rebose de los ciclones.
La responsabilidad de esta "resistencia" al bloqueo debemos buscarla en los flujos de convección existentes en el lecho de sólidos que lo mantienen en rotación
Este fenómeno puede ser observado cuando agitamos con una cucharilla una taza de café, conteniendo algunos sólidos. La velocidad de rotación, debido a la fricción, se reduce en el fondo de la taza, mucho más que en la superficie superior del líquido, (al igual que sucede en un ciclón fondo plano).
HIDROCICLON CRIBA Este equipo, mejor llamado criba centrífuga, es
básicamente un ciclón de gran diámetro (500 mm - 1000 mm) con sus paredes perforadas. Se emplea para clasificación por tamaños en vía húmeda con un rango de aplicación entre 0,2 mm y 2,0 mm, cubriendo el hueco existente entre hidrociclones y cribas convencionales, también ocupado por los hidroclasificadores.
La pulpa con los sólidos en suspensión entra tangencialmente a la parte cilíndrica, formando una lámina fluida pegada a la pared. Durante su recorrido las partículas finas atraviesan la pared a través de las aperturas rectangulares de la misma, junto con la mayoría del líquido soporte. Finalmente el producto grueso, exento de líquido, cae por la parte cónica, donde termina su proceso de escurrido
CICLON AIREADO El ciclón aireado (Air-Sparged Cyclone) consiste en un
hidrociclón cilíndrico cuyo cuerpo está construido en un material cerámico poroso. La circulación de la pulpa a alta velocidad crea un vacío en la pared, provocando la entrada desde el exterior, de pequeñas burbujas de aire menores a 0,5 mm, a través de la pared porosa.
Las partículas hidrófobas son transportadas en una fase espumosa por la corriente central ascendente, saliendo a través de la tobera de rebose (vortex) mientras que las hidrófilas, transportadas por la corriente descendente, son descargadas a través de la boquilla
Este nuevo tipo de hidrociclón se está empleando con bastante éxito en procesos de flotación para recuperación de metales y lavado de carbón, con mayor eficiencia que las tecnologías convencionales.
