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MOLIENDA: CARACTERIZACION Y EQUIPOS DE OPERACIÓN

María Paula Mesa, Sebastián Muñoz, Xavier Palacios, Carolina Ramírez

Asignatura: Operaciones con Sólidos Docente: Mg Iván Ramírez Marín

Departamento de Ingeniería Química, Fundación Universidad de América, Bogotá D.C, Colombia

2013

MOLIENDA María Paula Mesa

1, Sebastián Muñoz

2, Xavier Palacios

3, Carolina Ramírez

4.

Departamento de Ingeniería Química, Fundación Universidad de América.

Bogotá D.C- Colombia. Tel: 3376680. Av. Circunvalar No. 20-53

Resumen: La molienda es una operación unitaria indispensable en la industria, ya que con

esta, los procesos a grande, mediana y pequeña escala se pueden optimizar, su

funcionamiento físico es poder reducir el tamaño de un material, para que de esta forma

aumente su superficie de contacto con el fin de agilizar las reacciones y procesos que se

efectúen sobre este y reducir costos de operación. En el presente artículo se centrara el

estudio de la molienda en los principales molinos utilizados a nivel industrial, entre ellos

encontramos molinos de: Bolas, barras, rodillos, discos, Doppel rotator, martillos,

autógenos y semi autógenos; teniendo en cuenta el principal campo industrial en el que

son utilizados.

(ver www.ucatedraivan.wordpress.com)

Abstract: The grinding is an unit operation essential in the industry, because with this, the

processes to large, medium and small scale can optimize, their physical performance is to

reduce the size of a material, to in this way increase its surface contact to speed up the

reactions and processes to reduce operating costs. This article will focus on studying the

major grinders used at industrial level, including grinders of: balls, rods, rolls, discs,

rotator Doppel, hammers, autogenous and semi autogenous, taking into account the

principal field in the industry that uses.

Keywords: Unit operation, grinding, particle size, surface contact, operation cost, industry.

MOLIENDA Y PRINCIPIO DE OPERACIÓN

Es una operación unitaria que se encarga de reducir el tamaño de partículas hasta un

tamaño deseado para un proceso en específico, en donde se aumenta la superficie de

contacto del material para que de esta forma sea aprovechado más óptimamente en un

proceso industrial. Actualmente en la industria existen muchos tipos de molinos donde se

destacan los molinos de bolas, molinos de barras, de martillo, de rodillos, Raymond,

autógenos, semi-autógenos, y rotativos. Los productos obtenidos de estos molinos son más

pequeños y de forma regular que los surgidos de la trituración, generalmente se habla de

este proceso cuando se trata de partículas inferiores a 2.54 cm (Mc Cabe, 1991), teniendo

esta un mayor grado desintegración con respecto a la trituración.





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Este tamaño deseado se va a conseguir por medio de la combinación de fuerzas de

comprensión, cizalladora y abrasión, estos equipos pueden trabajar de forma discontinua y

continua, siendo la forma discontinua en la cual el molino se carga y se cierra al hacerlo

girar, terminada esta operación el molino se abrirá para a continuación separar el material

deseado de las impurezas; mientras que en la forma de continua el molino se alimenta de

forma constante por un extremo y simultáneamente se va descargando el material molido

por el otro extremo, esta operación solo se detendrá por mantenimiento o recarga de los

cuerpos encargados de la trituración.

La molienda se puede dividir al mismo tiempo en vía seca y vía húmeda siendo la vía seca

molienda de material con 2% de agua o con una determinada humedad de hasta 30% de

agua, por otra parte la vía húmeda se realiza sobre material que conforma una pulpa con un

contenido de 30 hasta un 300% de agua (Mc Cabe, 1991).

EQUIPOS DE MOLIENDA:

MOLINO DE DISCOS:

Este molino consiste en dos discos, lisos

o dentados que se encuentran enfrentados

y giran a velocidades opuestas y el

material a moler cae por gravedad entre

ambos, este tipo de molino ha

evolucionado a lo que se conoce

actualmente como “molino de rodillos”

(Universidad de Buenos Aires, 2012).

El material cae entre los dos discos y la

trituración deseada se produce por efectos

de presión y fricción, la disposición

progresiva de los dientes hace que el

material se primero partido y luego

empujado por la fuerza centrífuga hacia el

área perimetral de los discos donde se

realiza la trituración fina, el material

obtenido cae en un recipiente colector.

(Retsch, 2013).

Ventajas:

Alto grado de trituración.

Ajuste preciso de la abertura de

Salida. fácil acceso a la cámara de

molienda.

Discos de larga vida útil (Retsch,

2013)

Aplicaciones:

Se aplica principalmente en campos

de geología, metalurgia, materiales de

construcción, ingenieria química,

entre otros; se utiliza principalmente

en molienda preliminar y fina.

(Retsch, 2013).

MOLINO DE MARTILLOS:

Este molino actúa por efecto de impacto

sobre el material a desintegrar. Cuenta

con una cámara de desintegración, una

boca de entrada de material y una boca de

descarga cerrada por una rejilla; en el

interior de la cámara se encuentra un eje

que gira a gran velocidad y perpendicular

a él van montados los martillos.






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Este molino funciona gracias a la acción

de los martillos que golpean el material

en repetidas ocasiones hasta que alcanza

un tamaño tal que pueda pasar por la

rejilla de descarga, es por esto que el

tamaño de salida del material puede

variarse cambiando el tamaño de las

rejillas.

Ventajas:

Los molinos de martillo pueden

utilizarse para triturar y pulverizar

materiales que no sean demasiado

duros y abrasivos. (Buhler Group,

2013).

Permite reducción de material

seco.

Desventajas:

No es eficiente para material

húmedo.

Su molienda es la menos fina de

los molinos expuestos.

Atascamiento entre martillos y la

carcasa. (Balcazar & Guamba,

2009)

Aplicaciones

Este tipo de molinos son muy utilizados

en la producción de plásticos y cartón

además de ser muy útiles en el

procesamiento de alimentos, ya sea para

producir soya, trigo, maíz, arroz, harinas

o pan rallado, este molino es utilizado en

este tipo de industria debido a que el

tamaño de partícula del material a moler

no es muy grande, además de que es

recomendado utilizarlo para moler

material seco (Universidad de Buenos

Aires, 2012).

MOLINO DOPPEL ROTATOR:

Es un molino de doble cámara con

descarga periférica central. Es una

combinación del molino barrido por aire

y de doble compartimiento (Universidad

de Buenos Aires, 2012).

Su funcionamiento inicia con la entrada

del material en la sección de secado,

donde se obtiene un material con

humedad del 7% al emplearse gases a una

temperatura de 320˚C.

Después, entra a la sección de molienda

gruesa, sin embargo el producto se separa

en aquellos que pasan a la molienda fina,

y en otros que son devueltos a la

molienda gruesa (Universidad de Buenos

Aires, 2012)

Cuando pasan al compartimiento de

molienda fina, el producto vuelve a

separarse y se extrae el aire usado en el

proceso, recirculándose nuevamente al

proceso.

Ventajas:

Bajo consumo de energía.

el aire usado puede recircularse

con previo tratamiento.

se pueden llevar las dos

operaciones de secado y molienda

simultáneamente (Universidad de

Buenos Aires, 2012).

Aplicaciones

Al igual que el molino de barras es

utilizado en la industria minera, en donde

sobresale su uso en la industria de

producción de cemento y en la industria

del oro, esto debido a que es un molino

con la característica de poseer un





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compartimiento de secado delante del

compartimento de molido para ayudar a

reducir el contenido de agua en el mineral


MOLINO DE BOLAS:

Son molinos que llevan bolas de acero de

fundición o acero forjado de 3 pulgadas

de diámetro, además están aleadas al

Cromo o Molibdeno (Mc Cabe, 1991) las

cuales impactan con el material al caer

desde la parte superior de la carcasa del

molino. El cilindro del molino se mueve a

cierta velocidad, lo que produce que una

caiga repetitiva de las bolas al impactar el

material. Por esta razón, este cilindro

debe ser resistente a los golpes

producidos por el material moledor.

El producto final posee un diámetro entre

0-30µm y 0-200 µm. La velocidad a la

que giran el cilindro del molino esta entre

4 y 20 r.p.m.

Su funcionamiento es similar al molino

de barras, sin embargo su principal

ventaja es que produce un material mucho

más fino.

Estos molinos pueden descargar por tres

métodos:

Rebalse: Útil para moliendas finas

y vía húmeda, se aplica a circuito

cerrado.

Diafragma: Para moliendas

gruesas y en seco.

Varios compartimientos: El

cilindro está dividido en secciones

que contienen bolas de distintos

tamaños para efectuar moliendas

finas y gruesas simultáneamente.

Ventajas:

Apto para obtener material

fino.

Desventaja:

Contaminación del material

por las bolas de acero

Desgaste de la superficie por

cizallamiento del material

fracturado (Balcazar &

Guamba, 2009)

Aplicaciones

El molino de bolas es comúnmente

utilizado en los siguientes campos:

industria de cemento, productos de

silicato, materiales a prueba de fuego,

fertilizantes, cerámica y vidrio.

Colombia se cataloga como el cuarto

mayor productor de cemento de América

latina y en su proceso industrial para la

elaboración del cemento se utilizan

molinos de bolas para reducir el tamaño

del material (Procesamiento de minerales,

2013), debido a que entre sus propiedades

principales encontramos que el material

obtenido tiene una granularidad uniforme,

además de que es muy optimo para

trabajar tanto con material seco, o

húmedo.

Otro ejemplo en industria colombiana que

utiliza este tipo de molinos es la que se

dedica a la elaboración de vidrio, en

donde es tratada la arena de sílice, el

carbonato de calcio y la caliza, para

reducir su tamaño y aumentar su

superficie de contacto a partir de la





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molienda (Procesamiento de minerales,

2013), en este caso hecha a partir de un

molino de bolas, debido a que con este

hay mucho ahorro energético y es posible

moler material con contenidos de

humedad, lo que representa más poca

inversión, ya que el proceso de secado de

la materia prima no debe ser tan riguroso.

MOLINO RAYMOND:

Es útil para moler materiales no

inflamables e inexplosibles con una

dureza por debajo de los 7 moh y

contenido de agua por debajo del 6%. La

estructura de la maquina es vertical y

ocupa un espacio relativamente pequeño.

(SBM, 2013).

El tamaño de los granos obtenidos es

uniforme y tiene un alimento de vibración

magnético lo que permite que sea fácil de

ajustar y mantener; (Liming Heavy

Industry, 2013) está compuesto

principalmente por partes elaboradas con

acero rodado de alta calidad.

La capacidad máxima de trabajo es

aproximadamente de 7000 kg y la fineza

del producto final puede ser ajustada entre

0,044 mm a 0,165 mm. Se aplica

principalmente en la industria química, la

minería y el procesamiento de minerales

y es usado para la reducción de tamaño, la

dispersión o necesidades especiales.

(SBM, 2013).

Ventajas:

Se considera un sistema de

producción independiente.

Ocupa poco espacio.

Producto uniforme.

Bajo desgaste. (Liming Heavy

Industry, 2013)

Aplicaciones: se usa en la industria

metalurgia, química, en la obtención de

polvos finos de alta calidad. (SBM, 2013)

MOLINO DE RODILLOS:

Es muy utilizado en la industria de

cementos para la molienda de materiales

secos.

Consta de tres rodillos moledores

grandes, los cuales son mantenidos a

presión por medio de cilindros hidráulicos

sobre un mecanismo giratorio con forma

de disco sobre el que existe una huella. El

material a moler se introduce a través de

una boca de alimentación ubicada al

costado de la estructura principal y cae

directamente en las huellas de molido

(rodillos). (Universidad de Buenos Aires,

2012).

Admite materiales de alimentación de

hasta 50 mm y tiene una capacidad de

molienda entre 50 y 100 tn/hora, las

unidades que aceptan tamaños de

alimentación más grandes tiene mayores

capacidades de producción.

Ventajas:

Operación en serie.

Poco desgaste de los rodillos.

Vida útil grande.

Consumo de energía menor

respecto al molino de bolas.





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(Universidad de Buenos Aires,

2012)

Desventajas:

Sistema de alimentación

complejo. (Balcazar & Guamba,

2009)

Aplicaciones

Este tipo de molinos es muy utilizado en

la industria de alimentos y en la industria

minera de materiales no metálicos, estos

molinos son escogidos debido a que son

muy buenos en la molienda súper fina y

trabajando con materiales secos, para la

obtención de polvos con un contenido de

humedad mínimo (Universidad

Politécnica de Cartagena, 2013).

MOLINO DE BARRAS:

Son molinos que en su interior poseen

barras cilíndricas de varios tamaños y con

un diámetro entre 25 a 125mm (Mc Cabe,

1991). Estas barras se disponen a lo largo

del molino y se fabrican en acero,

previamente tratadas para protegerlas del

desgaste y la corrosión (Universidad

Politécnica de Cartagena, 2013)

Cuando las barras caen sobre el material,

este se rompe por frotamiento entre las

barras y la superficie del cilindro y por

percusión a consecuencia de la caída de

las barras.

Al igual que, el molino de bolas, su

descarga se divide en:

Rebalse: aplicable a circuitos

abiertos.

Periférica central y final: en vías

húmedas y secas.

Ventajas:

Útil para obtener molienda gruesa

(Universidad Politécnica de

Cartagena, 2013) , ya que al caer

las barras, el material queda

atrapado entre ellas, evitando que

la trituración sea más fina.

Desventajas:

No apto para sustancias pegajosas,

pues se adhieren a las barras

evitando su trituración (Balcazar

& Guamba, 2009)

Aplicaciones

Las aplicaciones en la industria de los

molinos de barras se encuentran

principalmente en la molienda de carbón

y coque, en la fabricación de arena

artificial para hormigón y en la molienda

de Clinker para cemento (Mc Cabe,

1991).

En la industria colombiana el molino de

barras es muy utilizado en las

siderúrgicas, en donde es necesario

reducir el tamaño de las materias primas

para que la producción de los metales sea

óptima, este molino es escogido debido a

su gran capacidad para trabajar con

materiales abrasivos.

MOLINOS AUTÓGENOS (AG) Y

SEMIAUTÓGENOS (SAG):

La molienda autógena y semiautógena se

desarrolla a principios de los años 80, con





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el fin de reducir los costos operativos, al

eliminar los elementos de molienda


La molienda autógena, utiliza como

medio de molienda los gruesos de la

misma mena del material. La molienda

semiautógena, se caracteriza como medio

para la molienda bolas de acero, que

ocupan el 15% del volumen del molino

(Procesamiento de minerales, 2013)

“El desarrollo de la molienda AG no ha

sido tan impetuoso, debido a que los

molinos requieren características

especiales de los minerales a moler1

Aunque tienen el mismo principio de

funcionamiento, los molinos

semiautógenos tienen la ventaja de

trabajar más fácil con materiales finos.

Estos molinos pueden llegar a tamaños de

75cm a 25 micrones en una etapa,

teniendo una reducción en el costo de

capital (Universidad de Buenos Aires,

2012)

Con respecto al producto, los molinos

autógenos tienen la ventaja de ser más

utilizada en el sentido de que no afecta ni

contamina el material, en comparación

con el semiautógeno.

Dentro de las dimensiones, estos molinos

tienen un diámetro de 12m, por otro lado,

trabajan a potencia de 20MW, con lo que

se alcanza una producción de 2.000

toneladas por hora, siendo los molinos

más grandes usados en la industria,

1 Molienda. Universidad de Buenos Aires , 2012 obtenido de

http://materias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/06_Apunte%2

0Molienda.pdf

especialmente la minera (Universidad de

Buenos Aires, 2012).

Dentro de los mecanismos de reducción

aplicados en los molinos semiautógenos

se tienen los siguientes:

Impacto.

Compresión.

Abrasión.

Estos, se observan dentro del proceso de

reducción ocasionado por las bolas sobre

material, pues el impacto lo rompe

totalmente, la compresión lo fragmenta y

la abrasión se da en forma localizada

(Procesamiento de minerales, 2013).

Al compararlo con un molino de bolas, se

encuentra que estos molinos pueden

llevar a cabo la trituración y cribado

varias veces, además de su tamaño

(Tecnología minera, 2013).

Ventajas:

Gran aceptación de material.

Evita la contaminación del

material por parte de cuerpos

moledores (Universidad de

Buenos Aires, 2012)

Reduce costos.

Desventajas:

Mantenimiento.

Calcules de potencia y diseño.

No aptos para molienda de finos.

Aplicaciones

El campo principal de aplicación de la

molienda autógena es el tratamiento y

preparación de minerales (Cu, Pb, Zn, Fe,





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baritina). También hay molinos de este

tipo trabajando en el tratamiento de

materias primas para la fabricación de

cemento, fabricación de arena artificial,

entre otros (Tecnología minera, 2013).

Este molino es utilizado para este tipo de

industria debido a que la moliendo con

estos equipos se hace sin presencia de

otros medios moledores y esto hará que el

material obtenido sea muy uniforme y se

mejore la estructura del mismo.

MOLINOS PARA ULTRAFINOS:

Se utilizan en industrias que desean

obtener productos con un diámetro

comprendido entre 1 a 20µm (Mc Cabe,

1991). Se diferencia con respecto a otros

molinos, en que los medio moledores son

sustancias o fluidos que permiten llevar el

material, e incluso en su transporte, por

rozamiento de las partículas se produce la

reducción de tamaño. Algunos de los más

característicos son los molinos de

martillos clasificadores, que emplea

demás una corriente de aire para separar

las partículas finas de las gruesas, la

energía de fluidos, siendo el más común

vapor de agua o aire comprimido o los

molinos agitados que emplean algunos

sólidos para moler.

COSTOS

Los costos de los molinos varían según su

tipo y su capacidad. Para la información

de este proyecto se cotizaron molinos que

tuvieran una capacidad entre 5 y 100

ton/h, lo que nos arrojó los siguientes

datos que se relaciona en la siguiente

tabla 1.

Tipo de molino Rango de precio

(Dólares)

Bolas 3000-900002

Rodillos 10000-3000003

Martillos 5000-120000

Raymond 15000-250000

Discos 29000-99000

Tabla 1. Relación de costos.

Estos costos según los proveedores están

expuestos al cambio del mercado.

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