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CLASIFICACION DE MINERALES

Estudiante de Ingeniería de Minas: Alexander Cordova Pérez

LA CLASIFICACIÓN Se entiende por clasificación, a la separación de un conjunto de partículas de tamaños heterogéneos en dos porciones, cada una conteniendo partículas de granulometría u otra propiedad más específica que el conjunto original. La clasificación se realiza por diferencias de tamaño y de gravedad específica que origina diferentes velocidades de sedimentación entre las partículas y el fluido (agua y aire).

PRINCIPIOS DE LA CLASIFICACIÓN • Cuando una partícula cae libremente en el vacío, está es sometida a una constante aceleración y su velocidad se incrementa indefinidamente, siendo independiente de su tamaño y densidad. Consiguientemente, un trozo de plomo y una pluma caen exactamente con la misma velocidad. • En un medio viscoso, como el agua o el aire, hay resistencia al movimiento y el valor se incrementa con la velocidad. Cuando se ha alcanzado el equilibrio entre la fuerza de la gravedad y las fuerzas de resistencia del fluido, el cuerpo alcanza su velocidad terminal y después cae a una velocidad uniforme.

PRINCIPIOS DE LA CLASIFICACIÓN 

La naturaleza de la resistencia al descenso de la partícula, depende de su velocidad de descenso. A bajas velocidades es baja, debido a que la capa de fluido en contacto con la partícula se mueve con está, mientras que el fluido del entorno permanece sin movimiento.

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Entre ambas posiciones existe una zona de corte en el fluido en toda la trayectoria de descenso de la partícula. En efecto, toda la resistencia al movimiento de la partícula se debe a las fuerzas de corte o viscosidad del fluido y por lo tanto se denomina resistencia viscosa. A altas velocidades la principal resistencia es causada por el desplazamiento de la partícula en el fluido, y la resistencia viscosa es relativamente pequeña; esto es conocido como resistencia turbulenta.

LOS CLASIFICADORES Los clasificadores consisten esencialmente de una columna de clasificación en la cual un fluido sube a una velocidad uniforme. Las partículas introducidas en la columna de clasificación, o suben o bajan, dependiendo de si su velocidad terminal es mayor o menor que la velocidad de ascenso del fluido. En la columna se clasifica la carga alimentada en dos productos, un rebalse (overflow) que consiste en partículas con velocidad terminal menor que la del fluido y un (underflow) o producto spigot con partículas cuya velocidad terminal es mayor que la del fluido.

CRITERIOS DE LA CLASIFICACIÓN RADIO DE ASENTAMIENTO El radio de asentamiento se define como la razón de tamaño de dos partículas que tienen la misma velocidad terminal.  ASENTAMIENTO LIBRE 

El asentamiento libre se refiere al asentamiento de partículas en un volumen de un fluido, el cual es mucho mayor con respecto al volumen total de las partículas (como en el asentamiento en un dique de colas), por lo tanto el volumen del conjunto de partículas es despreciable. Para pulpas bien dispersadas, predomina el asentamiento libre cuando el porcentaje de sólidos en la pulpa es menor al 15%. 

CRITERIOS DE LA CLASIFICACIÓN ASENTAMIENTO RETARDADO  A medida que la cantidad de sólidos aumenta en la pulpa, las partículas interfieren unas con otras sus movimientos de caída libre. Por esta razón el sistema empieza a comportarse como un medio pesado cuya densidad es mayor a la del líquido. A este sistema, en el que las partículas se mueven con una velocidad ligeramente menor a su velocidad máxima debido a la interferencia entre partículas, se denomina asentamiento retardado. 

CRITERIOS DE LA CLASIFICACIÓN

LAS OPERACIONES DE CLASIFICACIÓN SE EFECTÚAN EN DIFERENTES TIPOS DE APARATOS DE CLASIFICACIÓN MECÁNICA E HIDROCICLÓNICA.

CLASIFICACIÓN MECÁNICA e HIDRAULICA: Se han diseñado y construido muchos tipos de clasificadores. Sin embargo, ellos pueden agruparse en dos clases principales dependiendo de la dirección de la corriente del fluido:  Clasificadores de corriente vertical (clasificadores hidráulicos). Para asentamiento retardado.  Clasificadores de corriente horizontal (clasificadores mecánicos). Para asentamiento libre.

CLASIFICADORES DE CORRIENTE VERTICAL  Estos

clasificadores se caracterizan por que la separación de las partículas de acuerdo a sus tamaños se realiza en una corriente vertical de agua, la cual arrastra a las partículas pequeñas y deja sedimentar a las grandes.

CLASIFICADOR DE COLUMNAS (ELUTRIADOR) 

Consta de columnas de clasificación de diferente diámetro. En la primera columna, la alimentación de pulpa se efectúa por la parte superior, mientras que el agua se inyecta por la parte inferior, de modo que las partículas cuya velocidad máxima sea igual a la velocidad del agua son arrastradas hacia el rebalse, mientras que las partículas que tienen velocidad mayor caen al fondo.

CLASIFICADOR FAHRENWALD 

Consta de varias columnas. La pulpa se alimenta a través de un alimentador en la parte superior del equipo del que pasa a la primera columna. El agua se inyecta a cada columna por la parte inferior y puede ser regulada de acuerdo a requerimiento por medio de llaves de paso. El overflow (con partículas pequeñas) de la primera columna pasa a la siguiente columna mientras que las partículas grandes se descargan por los Spigots.

CLASIFICADOR SPITKASTEN 

Las columnas son cónicas y de diferente tamaño, para favorecer el efecto del asentamiento retardado.

CLASIFICADOR ONDULADO RHEAX  La

columna tiene forma de zig zag, para mejorar la eficiencia de separación.

CLASIFICADORES DE CORRIENTE HORIZONTAL 

Los clasificadores de este tipo se caracterizan por que la separación de las partículas se realiza en una corriente de agua horizontal, la cual arrastra a las partículas finas y deja sedimentar a las grandes. Además cuentan con un dispositivo mecánico para remover las partículas grandes

CONO DE ASENTAMIENTO 

Al final del tubo de alimentación se crea una corriente horizontal desde el centro hacia la pared interna del cono, la que arrastra a las partículas pequeñas y deja sedimentar a las grandes, que son descargadas por la parte inferior del cono.

CLASIFICADOR DE RASTRILLOS 

El equipo consta de uno o dos brazos, los cuales van limpiando la carga gruesa del tanque del equipo hacia la parte superior del mismo, donde se encuentra la descarga. Una parte del trayecto de las paletas esta fuera del nivel del agua y consiguientemente llega al nivel de descarga con menor contenido de agua.

CLASIFICADOR DE ESPIRAL TIPO AKINS 

El sistema de transporte de partículas gruesas asentadas en la piscina del equipo es trasladado hasta la descarga en la parte superior del mismo por medio de una espiral, la cual transporta una parte de la subida en seco, lo cual permite descargar el material con menor porcentaje de agua.

CARACTERISTICAS DEL TRABAJO EN UN CLASIFICADOR MECÁNICO 

esquema de un clasificador de rastras o de espiral, en ella se puede distinguir las cuatro zonas de trabajo más importantes de este tipo de clasificadores.

ZONA A: Ubicada en el fondo del estanque, es una capa estacionaria de partículas de grano grueso por debajo de los rastrillos o la espiral. Actúa como una capa protectora, ya que absorbe las fuerzas abrasivas durante el transporte.  ZONA B: Partículas de grano grueso que han sedimentado y serán transportadas.  ZONA C: Suspensión de partículas en agua. Zona de asentamiento retardado, de alta densidad y turbulencia.  ZONA D: Corriente horizontal de pulpa desde el punto de alimentación hasta el rebalse (overflow). 

VARIABLES DE OPERACIÓN Y DE DISEÑO 

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Gradiente del tanque (variable de diseño), la cual determina el área del pool y por lo tanto, en cierto grado, el tamaño del material rebalsado. Ella también controla la capacidad de transporte de la arena descargada y el diseño de circuitos cerrados para molienda. Un clasificador de espiral el cual aplica una fuerza de transporte continuo, opera generalmente a una gradiente más empinada; hasta 4 pulgadas por pie. Altura del rebalse (variable de operación) permite regular el área de la zona de pool. Un aumento de la altura, produce un aumento del área de la piscina y una disminución del tamaño máximo de partícula en el rebalse (overflow).

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Velocidad (variable de diseño) es importante desde el punto de vista de agitación del pool y su efecto en el tamaño de separación. La velocidad periférica del borde del espiral se mantiene aprox. 30.5 m/min.

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Dilución (variable de operación) La densidad de la pulpa rebalsada, es el factor más importante en la determinación de la malla de separación. El incremento en la dilución origina una separación más fina (es decir disminuye el contenido de solidos del rebalse), hasta un contenido mínimo del 10 % de solidos por peso. Debajo de la dilución del 10 %, a un tonelaje constante de solidos alimentados a la maquina, el incremento de la densidad del rebalse originará una separación más gruesa. A esta densidad de pulpa se le llama dilución crítica.

EFICIENCIA DE UN CLASIFICADOR 

CLASIFICACIÓN HIDROCICLONICA 

En los últimos 10 años, el hidrociclón a reemplazado al clasificador mecánico como un aparato de clasificación de la pulpa, en la mayoría de las plantas de molienda.

EL HIDROCICLÓN: Los hidrociclones sirven para separar partículas sólidas contenidas en un fluido en función al tamaño y/o gravedad específica.  Es un aparato estático que utiliza fuerzas centrifugas para clasificar sólidos contenidos en una pulpa.  Si los sólidos que alimentan al clasificador están suspendidos en aire, éste se denomina simplemente ciclón. Clasificación en seco.  Puede realizar clasificaciones en rangos tan gruesos como de 600 micrones y tan finos como los 10 micrones, compitiendo con tamices y centrífugas. Las principales ventajas que ofrece son:  Su fácil fabricación  Su capacidad respecto al espacio que ocupa  bajo costo de fabricación y mantenimiento comparado con los clasificadores mecánicos. 

PARTES PRINCIPALES DE UN HIDROCICLÓN

ASPECTOS TEORICOS DE LA OPERACIÓN DE UN HIDROCICLÓN La pulpa conteniendo partículas que se desea clasificar, se alimenta al ciclón en forma tangencial a la altura de la parte cilíndrica originando un torbellino a lo largo de la superficie interior de las partes cilíndrica y cónica, que arrastrará partículas gruesas a la descarga situada en la parte inferior del vértice cónico (APEX).  El líquido conteniendo partículas finas es forzado en un alto porcentaje a evacuar el ciclón por el VORTEX, originando un torbellino secundario que ascienda por el núcleo central formado por el torbellino primario. En el interior del núcleo central se capta el aire transportado como burbujas o disuelto en el agua de la pulpa alimentada. 

Son dos las tendencias que producen la clasificación en el hidrociclón: 1. Arrastre hidrodinámico que originará que las partículas finas o con poca masa sean conducidas al (VORTEX) por el agua de la pulpa alimentada. 2. Energía centrífuga que impulsará las partículas de mayor masa a las paredes del hidrociclón y luego de una trayectoria helicoidal al (APEX). Las partículas que tengan un tamaño para el cual las dos tendencias sean equivalentes, podrán ser evacuadas por el rebose o la descarga. Este tamaño se conoce como d50.

Un análisis detallado de las fuerzas que originan la clasificación en el hidrociclón es el siguiente:  Fuerza Centrifuga.- se origina por la aceleración centrífuga causada por la velocidad tangencial de las partículas.  Fuerza Radial.- Aparece por el desplazamiento de la masa de fluido alimentado hacía el (VORTEX) del ciclón. Es opuesta a la fuerza centrífuga y aumenta desde un valor de cero en el anillo de aire hasta un valor máximo en la pared del ciclón. De este modo las partículas tenderán a ser arrastradas hacia el centro del ciclón.  Fuerza de Arrastre.- Aparece por la resistencia que ofrece el fluido a la aceleración centrífuga. Si la fuerza centrifuga es mayor que las fuerzas radial y de arrastre, las partículas pasarían a la descarga directamente. Si ocurriese lo contrario, las partículas pasarían al rebose. 

VARIABLES OPERATIVAS DE LOS HIDROCICLONES El HIDROCICLÓN es afectado por muchas variables operativas. Para explicar cualitativamente la importancia de cada una tomaremos como referencia el d50 que es indudablemente, el parámetro operativo más importante.  En forma ideal un clasificador deberá separar una mezcla original de partículas en dos porciones; una de partículas gruesas de tamaño mayor a d50 y otra, de partículas finas todas de tamaño menos a d50.  Este valor de d50 sería el tamaño de las partículas que tendrían la misma posibilidad de ir a la fracción gruesa (descarga) o a la fina (rebose) , este es llamado el tamaño de corte del clasificador. 

VARIABLES RELACIONADAS CON EL HIDROCICLÓN 

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Diámetro del hidrociclón (Dc).- El valor del d50 es proporcional al diámetro del hidrociclón, por lo que diámetros mayores producirán tamaños mayores de d50 debido a que originan fuerzas acelerativas menores. Vórtex Finder (Do). A mayor diámetro del vórtex se obtendrán valores mayores a d50. El vórtex es una variable importante que al igual que los diámetros del ápex y del inlet (ingreso al hidrociclón) puede ser modificado para lograr condiciones de operación adecuados. Igualmente, esta variable al aumentar de tamaño permite una mayor capacidad del hidrociclón. Diámetro del Ápex (Du).- es quizás, la variable más importante en la operación del hidrociclón por la facilidad con que puede ser modificada a fin de lograr las condiciones de clasificación requeridas. Su relación con el d50 es proporcional inversa, es decir mayor Du, menor D50.

Diámetro del área de ingreso (Di).- La abertura de ingreso al Hidrociclón no siempre es circular, de manera que al referirnos al diámetro del área de ingreso, se considerará un diámetro equivalente definido por: Di = √4/‫ח‬A ; donde: A= área de la abertura de alimentación.  Existe la relación de que a mayor Di, mayor será el D50, pero también habrá una mayor caída de presión. La forma de área de alimentación se recomienda sea rectangular pues disminuye la turbulencia de la pulpa alimentada. 

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Posición del Ciclón: Contrariamente a lo que ocurre con los clasificadores mecánicos, en los hidrociclones el peso de las partículas tiene una importancia menor que la fuerza centrifuga de las partículas, lo que permite que puede ser instalado inclinado respecto a la vertical. El cicloneo horizontal o casi horizontal, es una alternativa ventajosa en el proceso metalúrgico, porque no solo reduce costos de mantenimiento, si no también disminuye drásticamente la carga circulante de los molinos, con una mejor recuperación granulométrica.

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Longitud de la Parte Cilíndrica.- A mayor longitud de la parte cilíndrica se obtienen separaciones más finas. En base a esta variable se tiene los siguientes tipos de ciclones.

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Hidrociclón con ángulo agudo: separación sólido – líquido (espesamiento, separación de material sólido), ángulo del cono 10 – 20º.

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Forma intermedia: clasificación (ángulo del cono < 20º)

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Hidrociclón cilíndrico: concentración, producción de preconcentrado, etc.

VARIABLES RELACIONADAS CON LA PULPA ALIMENTADA A.- PORCENTAJE DE SOLIDOS.- El porcentaje de sólidos para una operación eficiente no debería pasar el 30%. Sin embargo en circuitos cerrados de molienda se puede llegar al 60 % o más pero con presiones no mayores a 10 psi (libra por pulgada cuadrada). B.- DENSIDAD.- La densidad del o/f (rebose) depende que se haga una buena clasificación. Cuando la densidad del o/f es bajo; nos indica que: La pulpa que entra al ciclón es muy aguada y puede causar atoros en la (descarga) u/f, puede sobrecargar a los molinos y crear una carga circulante. Cuando la densidad del o/f es alto; nos indica que: La pulpa que entra es espesa y es necesario aumentar agua, es necesario tener cuidado en la descarga.

-Atoro De Los Ciclones: El operador se dará cuenta del atoro de un ciclón cuando la densidad de los molinos está muy bajo (aguada), cuando rebalsa las bombas, cuando se plantan las máquinas de flotación, etc. Y esto debido a: - La presencia de sustancias extrañas dentro del ciclón. (bolas, ejes, alambres, madera, etc.). -Alimentación de carga muy gruesa. - Exceso de agua en la alimentación.

Consecuencias del atoro: - La carga se sienta en la tubería, provocando obstrucción. - Por la carga gruesa se plantan las bombas produciendo derrames, parada de molinos, pérdida de tonelaje, más trabajo para el operador y amonestaciones. - Ingreso de carga gruesa al circuito de flotación. - La pulpa se asienta en las celdas de flotación paralizando los motores eléctricos.

CONSEJO: Cuando un ciclón se atore, debe cambiarse la carga al ciclón de repuesto lo más rápido posible, ya sea cambiando de bomba o descargando el cajón; esto se hace después de regular la densidad adecuada, luego desatorar cuanto antes el ciclón atorado.

C.- Caudal De Pulpa.- La capacidad o caudal de pulpa que se alimenta al hidrociclón, depende fundamentalmente del diámetro del VORTEX, de la caída de presión y del porcentaje de solidos.

D.- Presión De Alimentación: La caída de presión o simplemente presión constituye la diferencia de presión entre el ingreso al ciclón y el rebose que generalmente se encuentra a la presión atmosférica (fuerza por unidad de área que ejerce el aire sobre la superficie terrestre). Su valor está condicionado por el sistema de la bomba que alimenta al ciclón. El incremento de la presión de alimentación origina fuerzas centrifugas mayores y por lo tanto menores a d50. Los rangos habituales se encuentran entre 8.5 y 9 psi. En clasificación fina este rango debe estar entre 12 y 16 psi. Presiones mayores no incrementan sustancialmente la eficiencia aunque aumentan la capacidad del ciclón.

CONTROLES DEL OPERADOR EN LOS HIDROCICLONES

a.- Controlar la densidad del o/f (rebose) de los ciclones continuamente. b.- La descarga de los gruesos (u/f) debe ser en forma de ducha (no muy abierta) y en forma de soga (chorro) alteradamente. Si la descarga (u/f) bota pura soga, quiere decir que el ciclón está trabajando mal y está en peligro de atorarse. c.- Verificar las partes del ciclón (estos deben estar en buenas condiciones para que haya una buena clasificación y evitar problemas posteriores).

DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE CICLONEADO -

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Uno de las consideraciones más importantes en el diseño de cualquier sistema de cicloneado, es el dimensionamiento y la disposición del tanque de recepción de la pulpa y la bomba de alimentación. El Hidrociclón debe ser alimentado a un volumen de alimentación constante (presión constante) y en la medida que sea posible todo el aire debe ser eliminado de la pulpa. Como regla general el cajón de bombas o tanque de recepción debe tener un tiempo mínimo de retención de 1 min, preferentemente más. Además el cajón debe ser lo suficientemente profundo para proporcionar por lo menos una carga de succión positiva de 4 a 6 pies bajo condiciones mínimas de flujo, más un factor de seguridad para cargas de succión incrementadas, con el objeto de acomodar las condiciones máximas de flujo.

DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE CICLONEADO Pero como siempre es dificultoso mantener el volumen de alimentación en un circuito de bombeo a una constante exacta, debido a las fluctuaciones en flujo, es conveniente en algunos casos: - Instalar una válvula que funcione con un flotador y que estará conectada a una línea de agua en el cajón de bombas. - El producto del overflow del hidrociclón debe descargar a la atmosfera lo más cerca posible; y debe disponer de facilidades para el muestreo respectivo. - Si la tubería del overflow es llevada directamente a una altura por debajo del Apex del ciclón, éste crea una acción de sifón que hace que las partículas más gruesas seas llevadas al producto del overflow.

DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE CICLONEADO 

Por lo general el tanque de recepción del underflow o gruesos debe ser lo suficientemente grande que permita una observación y muestreo del underflow y lo suficientemente amplia para evitar desgaste sobre los lados del tanque cuando el APEX descarga en forma de cono con ángulo amplio (efecto paragua). También debe ser lo suficientemente profundo para evitar rebalse y desgaste excesivo de la parte inferior del tanque.

Existen otros factores naturalmente que deben ser considerados en el diseño y operación de un sistema de hidrocicloneado, tales como:

a.- La disposición de tuberías e hidráulica del sistema. b.- Diseño de nidos o sistemas múltiples donde se disponen de un número de hidrociclones juntos. c.- Instrumentación para la evaluación y control de la operación del hidrociclón.

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En el primer caso, cuando se diseña el sistema de tuberías, la consideración más importante es establecer una velocidad que prevenga segregación de la partícula en la línea de tuberías y a la vez mantener la velocidad a un mínimo para reducir el desgaste. En la mayoría de instalaciones de bombeo de pulpa la velocidad óptima en una línea de tubería que son: Distribución granulométrica de las partículas, ángularidad de las fracciones más gruesas, gravedad específica de los sólidos, contenido de lamas, densidad de pulpa y viscosidad. Cuando se emplean nidos o manifolds de hidrociclones, es necesario calcular correctamente el sistema de distribución, con el fin de conseguir que las presiones se distribuyan uniformemente en todos y cada de uno de los hidrociclones.

EFECTO DE LA EFICIENCIA DEL CLASIFICADOR EN LA CAPACIDAD DE UN CIRCUITO CERRADO DE MOLIENDA:  Como

consecuencia de un trabajo eficiente de un clasificador en la capacidad de un circuito de molienda cerrado. El aumento de la agudeza de separación como la disminución de la carga circulante a la descarga, aumentan la capacidad total del circuito.

LOS CICLONES SE USAN EN:  Espesamiento de pulpas de tamaño de grano finísimo, suspensiones, etc.  Deslame  Clasificación por ejemplo, para trituración cuidadosa con preclasificación y clasificación intermedia en circuitos de molienda  Clasificación selectiva por ejemplo., de dos materiales finos diferentes pesos específicos (por ejemplo arena de cuarzo, caolín)  Concentración o clasificación para enriquecimiento de fracciones finas de minerales pesados, por ejemplo en los minerales de oro, estaño, wolframita. 

Entre los usos especiales podemos mencionar la concentración en medios densos en ciclones de pulpa pesada. La separación se lleva a cabo en una pulpa con magnetita o FeSi (ferró silicio) con una densidad de pulpa controlada. El material pesado es recuperado luego de la pulpa mediante separación magnética. Las mejores experiencias se realizaron con materiales pesados los que debido a su forma de grano redondeado y a su proceso de fabricación conducen a:

Menor viscosidad de la pulpa  Mayor resistencia a la corrosión  Menor desgaste mecánico del polvo  Menor desgaste mecánico de la máquina  Menores fuerzas de adhesión a la superficie de los productos beneficiados 

Con FeSi se pueden alcanzar densidades entre 2 y 2,8 kg/lt con las cuales se pueden concentrar minerales de hierro, manganeso, cromo, plomo, zinc, estaño, fluorita, barita, diamantes, grava y cascajo.  La clasificación con hidrocicolones previa a equipos de concentración como separadores helicoidales, mesas o buddles donde se concentra principalmente según la superficie del grano expuesta al flujo, conduce a procesos de concentración con grados mucho mayores de separación que si se clasificara mediante cribas. 

parte de desgaste más importante del ciclón es la boquilla inferior de descarga (ápex), por la cual atraviesa la fracción gruesa con una presión relativamente alta. Para una prolongación del tiempo de vida del ciclón se usan las siguientes boquillas de descarga:  Revestimiento de porcelana dura  Boquillas cambiables de material resistente al desgaste (goma, poliuretano, porcelana dura.  Boquillas de goma regulables neumáticas.  Boquillas de goma regulables manualmente 

APLICACIÓN DEL HIDROCICLÓN  Este equipo es adecuado para la aplicación en las cooperativas o minería chica. Puede usarse para el deslame, la clasificación y la concentración. En situaciones donde no hay fuerza motriz, se puede emplear un desnivel entre 3 – 10 m. Estos equipos son relativamente fáciles de construir.

CONCLUSION 

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El único objetivo de la clasificación es la separación de un sistema de partículas en una cierta distribución de granulometría mediante dos procesos los cuales consisten o prevalecen los tamaños mayores y los tamaños menores. Esta operación cumple una amplia importancia en la minería y en gran importancia en la piro metalurgia ya que es este proceso el que prepara las partículas sólidas para la flotación. En esta se manipula la distribución de tamaños de los flujos en una planta con el fin de optimizar el comportamiento de otras operaciones.