CURSO DE MOLIENDAPrimera Parte

2013

Objetivo del proceso

El objetivo del proceso de molienda es la reducción del tamaño de las partículas provenientes desde el proceso de chancado, con la finalidad de producir un tamaño de partícula que permita la liberación de la especie de interés en partículas individuales, las cuales puedan ser recuperadas en el posterior proceso de flotación.

INTRODUCCIÓN

Chancado

MOLIENDA

Flotación

Espesamiento yFiltración

Concentrado

Mina

Fundición

Figura N° 1 Ubicación del proceso de molienda en el diagrama general de la línea sulfuro

La molienda se realiza utilizando grandes equipos giratorios o molinos de forma cilíndrica, en dos formas diferentes: molienda convencional o molienda SAG (molienda semi autógena).

En esta etapa, al material mineralizado se le agregan agua en cantidades suficientes para formar un fluido lechoso y los reactivos necesarios para realizar el proceso siguiente que es la flotación.

Figura N° 2 Tipos de molienda

Siguiendo la clasificación mostrada en la Figura N° 2 cabe destacar que las alternativas de molienda convencional y molienda SAG, son las más ampliamente desarrolladas en la industria, en desmedro de la molienda AG (molienda autógena). Además, se puede agregar que, la molienda SAG hoy en día saca ventajas como la configuración de molienda más desarrollada y utilizada.

Molienda convencional

Como se puede apreciar en la Figura N° 3 en la molienda convencional, el producto obtenido en la etapa terciaria de chancado ingresa a la molienda de barras.

La descarga de esta primera etapa de molienda, es dirigida hacia cajones de descarga desde donde es bombeada hacia la etapa de clasificación.

Figura N° 3 Etapas del proceso de chancado-molienda convencional

La clasificación es realizada en hidrociclones en donde el overflow o el flujo rebose avanza en la línea de beneficio representando la alimentación al proceso de flotación, y el underflow o flujo de descarga se dirige hacia la segunda etapa de molienda consistente en la molienda de bolas.

La descarga de esta molienda, también llamada “molienda fina”, es enviada a cajones de descarga uniéndose a la descarga de la molienda de barras, siendo bombeadas nuevamente hacia los hidrociclones.

Molienda SAG

La Figura N° 4 muestra claramente la función que cumple la molienda SAG, en el proceso de conminución global.

En este tipo de molienda, el molino SAG reemplaza a la molienda de barras, en el proceso de molienda propiamente tal, pero además, reemplaza a las etapas de chancado secundario y terciario.

Figura N° 4 Etapas del proceso chancado-molienda SAG

Al igual que en la molienda convencional la descarga del molino SAG es bombeada hacia la etapa de clasificación, retornando el underflow de los hidrociclones hacia la molienda fina de bolas.

Cabe destacar que la operación de los molinos SAG, comúnmente van asociada con un proceso de chancado de pebbles (tamaño característico de partícula que actúa como de dureza mayor al resto)

Como se ha dicho anteriormente, la liberación de especies minerales, etapa previa a la concentración, es sin lugar a dudas el proceso unitario de mayor relevancia práctica en todo circuito de beneficio, por cuanto demanda la principal Inversión de capital, incide fuertemente en los costos unitarios y determina en gran medida la rentabilidad de la operación.

En el proceso de molienda las partículas se reducen de tamaño por una combinación de impacto y abrasión ya sea en seco o como una suspensión en agua (pulpa).

FUNDAMENTO DEL PROCESO

Impacto: Ocurre cuando la energía aplicada está sobre-excedida de aquella necesaria para fracturar la partícula. El resultado es un gran número de partículas con un amplio rango de tamaños.

Abrasión: Ocurre cuando la energía aplicada es insuficiente para causar fractura significativa en la partícula. En este caso, ocurren tensiones localizadas resultando fracturas en áreas superficiales pequeñas, dando como resultado una distribución de partículas.

Molinos

La molienda se realiza en molinos de forma cilíndrica que giran alrededor de su eje horizontal y que contienen una carga de cuerpos sueltos de molienda conocidos como “medios de molienda”, los cuales están libres para moverse a medida que el molino gira produciendo la conminución de las partículas de mena.

En el proceso de molienda partículas de 5 a 250 mm son reducidas en tamaño a 10 - 300 micrones, aproximadamente, dependiendo del tipo de operación que se realice.

El propósito de la operación de molienda es ejercer un control estrecho en el tamaño del producto y, por esta razón frecuentemente se dice que una molienda correcta es la clave de una buena recuperación de la especie útil.

Es importante destacar que una buena molienda es vital para el buen desarrollo de la etapa de flotación y que además, es la operación más intensiva en energía del procesamiento del mineral, por lo que se deben dejar en claro dos tipos de circuitos que se presentan en este proceso

Submolienda: Una submolienda de la mena resultará en un producto que es demasiado grueso, con un grado de liberación demasiado bajo para separación económica obteniéndose una recuperación y una razón de enriquecimiento bajo en la etapa de concentración (flotación).

Sobremolienda: Una sobremolienda innecesaria reduce el tamaño de partícula del constituyente mayoritario (generalmente la ganga) y puede reducir el tamaño de partícula del componente minoritario (generalmente el mineral valioso) bajo el tamaño requerido para la separación más eficiente. Además se pierde mucha energía, que es cara, en el proceso

Movimiento de la carga en los molinos

Una característica distintiva de los molinos rotatorios es el uso de cuerpos de molienda que son grandes y pesados con relación a las partículas de mena pero pequeñas con relación al volumen del molino, y que ocupan menos de la mitad del volumen del molino.

Cuando el molino gira, los medios de molienda son elevados en el lado ascendente del molino cayendo en cascada y en catarata sobre la superficie libre de los otros cuerpos, alrededor de una zona muerta donde ocurre poco movimiento hasta el “pie” de la carga del molino.

Movimiento de la carga en un molino con movimiento horizontal

Se pueden distinguir tres tipos de movimiento de los medios de molienda en un molino rotatorio:

a) Rotación alrededor de su propio eje,

b) Caída en cascada, donde los medios bajan rodando por la superficie de los otros cuerpos y

c) Caída en catarata que corresponde a la caída libre de los medios de molienda sobre el “pie” de la carga.

La magnitud del elevamiento que sufren los medios de molienda depende de la velocidad de rotación del molino y del tipo de revestimiento del molino.

A velocidades relativamente bajas, los medios de molienda tienden a rodar hacia el pie del molino y la conminución que ocurre es principalmente abrasiva.

Esta caída en cascada produce molienda más fina, con gran producción de polvo y aumento del desgaste del revestimiento.

A velocidades mayores los cuerpos de molienda son proyectados sobre la carga para describir una serie de parábolas antes de aterrizar en el “pie” de la carga.

Esta caída en catarata produce conminución por impacto y un producto más grueso con menos desgaste del revestimiento.

La velocidad crítica del molino es la velocidad mínima a la cual la capa exterior de medios de molienda se adhiere a la superficie interior del cilindro debido a la fuerza centrífuga.

A esta velocidad la fuerza centrífuga es justo balanceada por el peso de los medios de molienda. Normalmente el rango de trabajo es entre 70 a 80% de la velocidad crítica.

En otras palabras, la velocidad crítica es la velocidad del molino a la que la fuerza centrífuga mantiene todo el material en las paredes del molino y evita la acción de caída en catarata y cascada que se requiere para la molienda.

Estructuralmente cada tipo de molino consiste de un casco cilíndrico, con revestimientos renovables y una carga de medios de molienda. El tambor es soportado en muñones huecos fijos a las paredes laterales de modo que puede girar en torno a su eje.

El diámetro del molino determina la presión que puede ejercer el medio en las partículas de mena y, en general, mientras mayor es el tamaño de la alimentación mayor necesita ser el diámetro.

La longitud del molino, junto con el diámetro, determina el volumen y por consiguiente la capacidad del molino.

Esquema de las partes de un molino de bolas

Molino de Bolas en construcción.

Factores que afectan la eficiencia de la molienda

La densidad de la pulpa de alimentación debería ser lo más alta posible, pero garantizado un flujo fácil a través del molino.

Es esencial que las bolas estén cubiertas con una capa de mena para minimizar el contacto metal-metal; una pulpa demasiado diluida aumenta este tipo de contacto, aumentando el consumo de acero y disminuyendo la eficiencia. El rango de operación normal de los molinos de bolas es entre 65 a 80% de sólidos en peso, dependiendo de la mena.

La viscosidad de la pulpa aumenta con la fineza de las partículas, por lo tanto, los circuitos de molienda fina pueden necesitar densidad de pulpa menor.

La eficiencia de la molienda depende del área superficial del medio de molienda. Luego las bolas deberían ser lo más pequeñas posible y la carga debería ser distribuida de modo tal que las bolas más grandes sean justo lo suficientemente pesadas para moler la partícula más grande y más dura de la alimentación.

Una carga balanceada consistirá de un amplio rango de tamaños de bolas y las bolas nuevas agregadas al molino generalmente son del tamaño más grande requerido. Las bolas muy pequeñas dejan el molino junto con la mena molida y pueden separarse haciendo pasar la descarga por harneros.

Ejercicio práctico: Identificar tipos de molienda (SAG o Clásica)

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Molino de bolas en operación

Diagrama del proceso de chancado – molienda SAG

En el diagrama anterior se muestra a modo de ejemplo, un diagrama de un circuito de molienda SAG en combinación con una molienda fina, consistente por dos molinos de bolas.

Además, se aprecia un proceso de chancado de pebbles en circuito cerrado directo con el molino SAG.

Molienda convencional

La molienda convencional se realiza en dos etapas, utilizando molino de barras y molino de bolas, respectivamente, aunque en las plantas modernas sólo se utiliza el segundo.

En ambos molinos el mineral se mezcla con agua para lograr una molienda homogénea y eficiente. La pulpa obtenida en la molienda es llevada a la etapa siguiente que es la flotación.

FUNDAMENTOS DE MOLIENDA

Molienda de barras: Este equipo tiene en su interior barras de acero que son los elementos de molienda. El molino gira con el material proveniente del chancador terciario, que llega continuamente por una correa transportadora.

El material se va moliendo por la acción del movimiento de las barras que se encuentran libres y que caen sobre el mineral. El mineral molido continúa el proceso, pasando en línea al molino de bolas.

Molienda de bolas: Considerada como la molienda fina, en esta etapa el mineral es reducido de tamaño por la acción de bolas de acero denominadas como “medios de molienda”, estas bolas deben ser lo suficientemente grandes para moler a las partículas más grandes y duras de mineral. Los medios de molienda ocupan aproximadamente el 35% de la capacidad del molino. La descarga de este molino se junta con la descarga del molino de barras y constituyen la alimentación de la clasificación por medio de hidrociclones

Cabe destacar que la molienda convencional ha ido paulatinamente perdiendo camino con relación a la molienda SAG, debido a la imposibilidad que presentan los molinos de barras de crecer a dimensiones mayores, y por consiguiente aumentar su capacidad de tratamiento.

Esta imposibilidad se debe a los problemas operacionales que genera la necesidad de utilizar barras de longitudes mayores, las cuales se doblan y se enredan.

Molienda SAG

La instalación de la molienda SAG constituye una innovación reciente en algunas plantas. Los molinos SAG (Semi autógenos) son equipos de mayores dimensiones (40 x 22 piesy siguen aumentando) y más eficientes que los

molinos de barras. Gracias a su gran capacidad y eficiencia, acortan el proceso de chancado y molienda.

El término SAG es un acrónimo para “semiautogenous grinding mill” que significa molino semiautógeno de molienda. El término “autógeno” significa que toda la acción de molienda es realizada por la frotación de mineral en sí.

El tamaño de reducción se logra por la acción de la trituración de mineral y molienda de otras partículas de mineral. En los molinos completamente autógenos no existen bolas de molienda de acero. En lo molinos semiautógenos una porción de la molienda es autógena y otra es realizada por las bolas de molienda; de ahí el término “semiautógeno”.

El mineral se recibe directamente desde el chancador primario (no del terciario como en la molienda convencional) con un tamaño cercano a 8 pulgadas (20 cm, aproximadamente) y se mezcla con agua y cal.

Dados el tamaño y la forma del molino, estas bolas son lanzadas en caída libre cuando el molino gira, logrando un efecto conjunto de chancado y molienda más efectivo y con menor consumo de energía por lo que, al utilizar este equipo, no se requieren las etapas de chancado secundario ni terciario.

El molino SAG está diseñado como un sistema de circuito cerrado de molienda. Esto significa que las partículas de mineral no pueden abandonar el molino SAG hasta que su tamaño haya sido reducido lo suficiente para permitirles atravesar las parrillas de descarga y los harneros ubicados en el extremo de descarga del molino.

La clasificación de la descarga del molino es realizada por el harnero rotatorio del trómel, Todo el material de mayor tamaño que las aberturas del harnero se retornan al molino SAG a través de transportadores de retorno. Al material que es regresado a un molino de molienda se le llama carga circulante.

La carga del molino SAG consiste de mineral nuevo, bolas de molienda de acero, mineral de gran tamaño reciclado en SAG y agua. La carga total ocupa hasta el 30% del volumen del molino. Las bolas de molienda por sí mismas ocupan alrededor del 8 al 15 por ciento del volumen del molino.

El molino está diseñado para contener un volumen máximo de bolas del 18%. Estos volúmenes de llenado son aproximados y el volumen óptimo depende de los resultados de la experiencia real de la planta.

El molino rota y al hacer caer su contenido violentamente causa la acción de trituración. El molino está cubierto con revestimientos de acero cromo-molibdeno resistentes al desgaste para proteger el casco.

Los revestimientos se ajustan con levantadores que ayudan a elevar la carga durante la rotación del molino.

La molienda dentro del molino es una combinación de rompimiento de mineral a través de la acción de caída, roce o golpe del mineral entre las bolas y la abrasión del roce de partículas contra ellas o contra las bolas

Movimiento de la carga al interior del molino SAG para diferentes niveles de llenado

Mantener el nivel adecuado de carga en el molino es uno de los elementos más importantes para una molienda eficiente. La variación de velocidad del molino es una importante variable de control de la operación de molienda.

El operador debe asegurarse de que los revestimientos estén protegidos del impacto directo de las bolas de molienda. Esto se consigue manteniendo una cama de mineral en la que las bolas caen durante la acción de caída en catarata. Mientras más blando el mineral, se tritura más rápido

Bajo condiciones de mineral blando y a velocidades normales, es difícil mantener una cama de mineral y evitar que los circuitos de descenso reciban demasiado flujo de pulpa. En este caso, el operador puede hacer más lento el molino.

Así se reducen las tasas de molienda y se mantiene la cama de mineral en el molino.

Si el mineral es más duro, el operador puede aumentar la velocidad del molino. Esto aumenta la acción de catarata que a su vez aumenta la tasa a la que el mineral es triturado.

Así, utilizando la velocidad del molino, el operador puede variar la tasa de trituración y proteger los revestimientos del molino.

Factores que influyen en la operación de un molino SAG

• Flujo de alimentación

Mientras mayor sea el flujo de alimentación, mayor será el volumen de la carga con que trabaja el molino. Si las condiciones operacionales permanecen constantes, las masas de mineral molido y descargado por unidad de tiempo, son proporcionales a la masa presente en el molino.

En consecuencia, para balancear un aumento del flujo de alimentación, la cantidad de mineral presente en el molino debe necesariamente aumentar. Esto ocurre así hasta un cierto valor del llenado del molino por sobre el cual el proceso se revierte.

Debido a que el volumen de la carga está relacionado con el flujo de alimentación, en la práctica el nivel de la carga se controla ajustando el flujo de alimentación.

Además de lo dicho anterior, el volumen de la carga tiene un efecto directo en la potencia, de tal manera que el flujo de alimentación y la potencia aumenta con el flujo, comenzando desde un valor cero.

A medida que el flujo de alimentación crece, la potencia consumida se incrementa hasta llegar a un valor máximo. Un flujo de alimentación aún mayor provocará una sobrecarga y la potencia comenzara a caer rápidamente.

En esta condición de sobrecarga, la intensidad de la acción de molienda se reduce y la capacidad de tratamiento del molino disminuye. Frente a esta situación el operador parará la alimentación de sólidos al molino y permitirá que se vacíe el molino ("grind out"). Luego reanudará la alimentación a una tasa más baja que permita una operación estable nuevamente.

• Granulometría del mineral alimentado a la molienda SAG

Una granulometría gruesa influye en un aumento del consumo de energía, una disminución del tonelaje tratado y un aumento del tamaño de descarga.

La granulometría de entrada es una variable fundamental para entender la molienda SAG, ya que la velocidad a la cual se muelen las partículas dentro de un molino SAG es función del tamaño de estas. A medida que se aumenta el tamaño de las partículas mayor será la velocidad de molienda, pero las partículas más grandes requerirán estar más tiempo en el molino para ser reducidas

Existe un rango de tamaño intermedio (40-60mm) en el que la velocidad de molienda baja drásticamente, estas partículas se les denomina pebbles las cuales deben ser sacadas del molino para evitar que se consuma energía al intentar molerlas, deben ser enviadas posteriormente al chancado de pebbles.

Por lo tanto, si el molino SAG está procesando un bajo tonelaje se debe apuntar a reducir lo máximo posible los pebbles y/o alimentar desde el stock pile con un material más fino. Si al contrario el molino requiere de carga se debe apuntar a alimentar con granulometría gruesa para aprovechar la energía disponible.

En la figura se muestra el tipo de segregación que se produce en un acopio. Si la caída del mineral sigue una trayectoria completamente vertical, entonces las partículas más gruesas rodarán hacia la periferia de la pila y los finos permanecerán cerca del eje central.

Si la caída del mineral es más bien horizontal, entonces las partículas siguen una trayectoria parabólica siendo las partículas más grandes y pesadas las que llegan más lejos, en la dirección de la correa de descarga del flujo.

Controlando los alimentadores que extraen el mineral desde el acopio se puede ajustar la granulometría de alimentación fresca al molino dentro de ciertos límites.

• Dureza del mineral

La dureza del mineral que se alimenta al molino, es algo sobre lo cual el operador no tiene control.

Mientras más duro es el mineral, mayor será el tiempo que toma su reducción de tamaño, por esto, para un flujo de alimentación constante, el volumen de la carga aumentará junto con la dureza del mineral.

Si el molino está siendo operado con un tonelaje inferior a su capacidad máxima, al aumentar el volumen de su carga consumirá más potencia y el cambio en la dureza se compensará con un aumento del consumo de energía por tonelada de mineral fresco, sin embargo si el molino está siendo operado a su máxima capacidad, un aumento de la dureza, producirá un sobrellenado que sólo podrá ser compensado con una disminución del flujo de alimentación.

• Densidad y viscosidad de la pulpa

La viscosidad y la densidad de la pulpa, están muy ligadas. Desafortunadamente la densidad de la pulpa dentro del molino no puede ser medida directamente, de modo que lo que se mide y controla es la densidad de la pulpa en la descarga del molino.

Es importante notar que ambas, en la descarga y en el interior del molino, no son las mismas. La retención de agua en el molino es generalmente menor que la de los sólidos finos, de allí que la densidad de la pulpa al interior sea mayor que en la descarga.

A través de la densidad de la pulpa en la descarga, es posible controlar el nivel de la pulpa en el molino. Por ejemplo: Si se aumenta el agua de alimentación es posible descargar todos los finos con mayor rapidez.

En términos de las tasas de descarga lo que ocurre es que, aumentando la densidad, se incrementa la viscosidad y se reducen las tasas de descarga, provocando un aumento del volumen de pulpa y de la potencia además de una disminución de la capacidad de tratamiento de mineral.

• Carga de bolas

Un factor que influye mucho en la operación de un molino semiautógeno, es el volumen de la carga de bolas. Este volumen se expresa como una fracción del volumen total del molino y puede variar entre 4% y 14%, siendo el valor más usado un 8%.

El uso de las bolas eleva la densidad media de la carga y hace que la potencia demandada por el molino sea mayor.

Velocidad Crítica

Donde:

NC = Velocidad Crítica (rpm)D = Diámetro interno del molino (pies).d’ = Diámetro del medio de molienda (pies).

Ejercicio: Determine la Velocidad Crítica de un molino de 4,2[mts.] de largo que tiene una razón L/D=1,4 y que trabaja con un mono tamaño de bolas de 4".También determinar la Velocidad Crítica sin considerar las bolas. (Resp.: 24,85[rpm]; 24,43[rpm])

NIVEL DE LLENADO DEL MOLINOA nivel operacional el grado en que se alimenta la carga de los medios demolienda y de mineral, está definida por el nivel de llenado (J). Este se va a entender comola fracción de volumen interno útil del molino ocupado por el lecho de bolas y mineral.

Fig. Representación del Nivel de Llenadode un molino horizontal.

El nivel de llenado J se determina a través de la siguiente ecuación: