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METODOS DE CONCENTRACIÓN CONCENTRACION: GRAVITACIONAL Los métodos o sistemas que utilizan el concepto de concentración gravitacional, utilizan alguna combinación de las siguientes propiedades de los materiales (partículas) a concentrar: a) MASA b) VOLUMEN c) FORMA En general los procesos de concentración gravitacional pueden clasificarse en tres grandes métodos de aplicación industrial: 1. METODO DE LA CAPA PELICULAR FLUENTE: consiste en una capa fluida de poco espesor deslizándose sobre un plano inclinado. 2. METODO DE LA ACELERACION DIFERENCIAL: las partículas son sometidas a oscilaciones impuestas a un líquido. Este movimiento periódico provoca una sedimentación diferencial entre las partículas pesadas y las livianas. 3. METODOS DE MEDIOS DENSOS: consiste en introducir las partículas a un fluido (líquido) de densidad adecuada para que los elementos mas livianos sobrenaden o floten y los pesados se sumerjan. Los procedimientos de concentración gravitacional se hacen ineficaces cuando las fuerzas de fricción debidas a la viscosidad del líquido y a la frotación entre partículas se hacen importantes, frente a las fuerzas de gravedad, esto por lo general ocurre para partículas con tamaño menor a 70µm. Las leyes de sedimentación son las que regulan la aptitud del método para la separación de partículas de dimensiones idénticas pero de densidad diferente. TAGGART establece un criterio (C.T.) para analizar la aplicabilidad de la concentración gravitacional: pd pd TC 2 1 .. p: densidad del fluído d1: densidad del mineral pesado d2: densidad del mineral liviano Los casos que se pueden presentar son: C.T. > 2,5 SEPARACION SENCILLA 1,50 < C.T.< 1,75 SEPARACION POSIBLE para partículas Dp > 0,2 mm. 1,25 < C.T. < 1,50 SEPARACION POSIBLE para partículas Dp > 1,65 mm C.T. < 1,25 SEPARACION IMPOSIBLE ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar Descripción de los métodos de concentración gravitacional. CONCENTRACION POR CAPA PELICULAR FLUENTE La separación entre partículas gruesas y livianas se debe a dos factores: El TIEMPO que tarda la partícula en alcanzar la superficie del plano inclinado, desde la superficie del líquido fluente. La RESISTENCIA que ofrecen las partículas una vez que han alcanzado el plano inclinado. Algunos de los equipos que utilizan ente método son: 1. Equipos con plano inclinado FIJO: a. Con extracción PERIODICA de productos pesados: MESAS YACENTES – CANVAS: son superficies inclinadas anchas y con fondo rugoso. Por lo general se utilizan para tratar lodos auríferos. La capacidad de tratamiento está 1 – 1,5 Tn/m 2 /24h. MESAS CORDUROY: son mesas provistas de revestimiento con entalladuras paralelas dispuestas perpendicularmente al movimiento de la capa. SIUICES: son equipos del tipo aluvional que reproducen canales inclinados, provistos de regletas perpendiculares a la corriente. Son aplicadas para oro aluvional y estaño. Plano Inclinado Dirección del líquido Partículas densas y gruesas Partículas densas y finas Partículas livianas y gruesas Partículas livianas y finas ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar b. Con extracción continua de productos pesados: CANAL ALUVIONADO. Simplemente constituido por un conducto inclinado. ESPIRALES Concentrador a Espiral Humphreys 2. Equipos con plano inclinado MOVIL: a. Con extracción PERIODICA de productos pesados: MESAS VASCULANTES: Funcionan en dos etapas: - Rellenado de alveolos (15° de inclinación) - Lavado (80° de inclinación) CONCENTRADOR JOHNSON: Consiste en un cilindro que gira cerca de 7 rpm, tiene aproximadamente 4 m de largo y 1 metro de diametro. Por lo general revestido de una goma rugosa. La pendiente es de 5°. Las partículas pesadas son frenadas por el revestimiento de goma y son despegadas por chorros de agua, cayendo a un conducto axial. Los granos ligeros siguen la pendiente del cilindro. BANDA SIN FIN: Poseen una pendiente en relación 1/10. Contiene chorros de agua que permiten evacuar los livianos en sentido opuesto al movimiento de la banda. 15° Fase de alimentación 80° Fase de lavado Concentrado Estéril Alimentación Agua de Lavado ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar MESAS DE SACUDIDAS: Consiste en superficies planas, levemente inclinadas con “rifles” a modo de estrias, a las que se las somete a un movimiento vibratorio combinado. Suele usarse agua de lavado para mejorar la eficiencia del equipo. Los Rifles o estrias ayudan a la estratificación de los granos. La mesa es una superficie plana ligeramente inclinada A, a la cual llega la pulpa con un 25 % de sólidos en peso por medio de un cajón alimentador y es distribuida a lo largo de C; el agua de limpieza es suministrada a lo largo de la canaleta D. La mesa vibra longitudinalmente, por medio del mecanismo B, usando una carrera adelante lento y un retorno rápido, el cual hace que las partículas de mineral se arrastre lentamente a lo largo de la mesa y paralela a la dirección de su movimiento. De esta manera los minerales están sujetos a dos fuerzas, aquella debido al movimiento de la mesa y la otra, perpendicular a aquella, debido al movimiento de la capa de agua. El efecto neto es que las partículas de mineral se mueven diagonalmente a través del tablero desde la descarga de la alimentación y, como el efecto del flujo de la capa de agua depende del tamaño y densidad de las partículas, ellos se abanican sobre la mesa, las más pequeñas, y densas se trasladan al extremo de la canaleta de concentrados, mientras que las partículas grandes y livianas son lavadas hacia las canaletas de colas. La figura a continuación nos muestra un diagrama idealizado de la distribución de los productos. Un separador móvil es necesario en la recepción de los concentrados para poder separar los concentrados de alta ley de los mixtos. Aunque ciertamente la concentración en una película de agua requiere una sola capa de alimentación, en la práctica se introducen varias capas del material a concentrarse, permitiendo concentrar más tonelaje. Debido al movimiento vibratorio de la mesa se forman estratos verticales detrás de los rifles, los cuales están generalmente colocados paralelamente al eje largo de la mesa. Capas de partículas se mueven a través de los rifles por la acción de arrastre de la alimentación nueva y por el flujo de la película del agua de limpieza. La concentración final se lleva a efecto en la parte final de la mesa sin rifles, donde la capa de material tiene una profundidad de una o dos partículas. ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar Distribución de los productos de una mesa Muchos factores influyen en la concentración en una mesa, como la forma de la partícula y el tipo de tablero. Partículas planas, como la mica, livianas, no cruzan fácilmente a través de la mesa con la película de agua, este tipo de partículas se adhieren al tablero y son trasladadas al lado de los concentrados. Los tableros de las mesas generalmente son construidos en madera, forrados con materiales resistentesa la fricción, tales goma, y plásticos. Estratificación vertical entre rifles Rgmm dt dv m ´)( g m mm dt dv ´ g s l dt dv )1( l l TC 2 1 .. El tamaño de las partículas juega un papel importante para la separación en las mesas; tan pronto el tamaño de éstas aumenta, la eficiencia de separación decrece. Si la alimentación a una mesa tiene un amplio rango de tamaños, algunos tamaños serán limpiados ineficientemente. Ya que las mesas separan partículas gruesas livianas de las finas y densas, es una práctica común clasificar la alimentación, ya que los clasificadores ponen tales partículas en un mismo producto en base a un mismo rango de sedimentación CONCENTRACION POR ACELERACION DIFERENCIAL Consiste en someter, durante ciclos muy breves, a las partículas minerales a corrientes ascendentes y descendentes, aseguradas por pulsaciones alternas dadas a un líruiso por un pistón o un diafragma. La separación entre los granos gruesos pesados y ligeros se obtiene por tres fases diferenciables: FASE 1: ACELERACION DIFERENCIAL: antes de alcanzar la velocidad límite de sedimentación, lo granos adquieren una aceleración que solo depende de su densidad a condición de que el tiempo de caída sea breve: Segun la ecuación general de cantidad de movimiento: Donde: m = Masa del Sólido m´= Masa del Líquido desplazado R = Resistencia ejercida por el fluido Inicialmente R =0 y durante los primeros instantes R es practicamente cero, por lo tando para caidas breves la ecuación anterior queda: Por lo tanto en una mezcla de partículas pesadas y ligeras, las distancias recorridas por las partículas son función de su aceleración inicial y de su densidad. FASE 2: SEDIMENTACIÓN OBSTACULIZADA: la corriente ascendente aumenta el criterio de concentrabilidad (CT). Si ρ1 = densidad de pesados y ρ2 = densidad de livianos y ρl = densidad del líquido ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar Si ρl aumenta significa que Υ Aumenta, por lo tanto podemos tratar granulometrias amplias. FASE 3: HUNDIMIENTO: con la corriente descendente las partículas se hallan sometidas a SUCCIÖN, por lo tanto se juntan y se hunden. Uno de los equipos mas utilizados con este método es el denominado JIGGS. TIPOS DE JISGS Un jig consta de un tanque abierto lleno de agua, con un cedazo horizontal en la parte superior, y provisto de un grifo en la parte inferior del cajón (hutch), para remover el concentrado. La cama consiste de capas de material grueso, partículas pesadas, o cama artificial (granalla), colocada sobre el cedazo y sobre el cual escurre la pulpa. La alimentación cruza la cama y la separación se realiza en ella de tal manera que los granos con peso específico alto penetran a través de la cama y el cedazo y se depositan en el cajón como concentrado, mientras que los granos livianos son arrastrados por la corriente de agua hacia las colas. JIG DE HARZ Uno de los jigs más antiguos es el jig de Harz (Fig. a continuación), en el cual un embolo se mueve verticalmente arriba y abajo en un compartimiento separado. Tiene hasta cuatro compartimientos en serie. Un concentrado de alta ley se concentra en el primer compartimiento, concentrados de menor ley se van produciendo sucesivamente en los otros compartimientos, el último compartimiento descarta un rebalse (overflow) a las colas. Construcción básica de un jig. ENZO CORTE Resaltar Jig Harz JIG DENVER El jig Denver se usa ampliamente, especialmente para separar minerales pesados en los circuitos de molienda cerrados, para evitar la sobre molienda. La válvula rotativa para el suministro de agua puede ser regulada para abrir en el lugar del ciclo deseado, la sincronización entre la válvula y el émbolo se logra por medio de una correa en “V” de goma. Mediante un apropiado ajuste de la válvula, cualquier variación deseada puede ser alcanzada, desde la completa neutralización del golpe de succión con agua hasta un balance completo entre succión y pulsación CONCENTRACION POR MEDIOS DENSOS Es el método mas moderno utilizado. Se Usa para concentrar gran variedad de menas (Pb, Ag, Zn, Cu, Mn, Cr). La utilización depende de si el Δρ lo permite y solo una vez que la mena ha sido clasificada. Se utiliza, entonces, cuando la deferencia de densidad es notable, entre las partículas gruesas. Se observa que la eficiencia de la separación disminuye al decrecer el tamaño de partículas, esto se debe a que disminuye la velocidad de sedimentación. Como regla general se puede decir que es aplicable a menas con un Dp>0.3 mm. En forma practica, lo que se debe hacer es buscar un fluido cuya densidad sea intermedia entre la densidad del mineral util y la de la ganga. EJEMPLO: si se desea separar Silice (SiO2 ρ= 2,65) de Casiterita (SnO2 ρ>> 2,65), sería suficiente encontrar un fluido con densidad ρ= 2,8, para lograrlo. Esquematicamente sería de la siguiente forma: MEDIOS DENSOS – Características Se utilizan soluciones acuosas de algunas sales, que deben ser solubles en agua: Cl2Zn; Cl2Ca. Líquidos orgánicos: TBE (ρ = 2.96); Cl4C (ρ = 1.57); Bormoformo (ρ = 2.89); Sales de Tl (ρ > 4.95) Muchos de los compuestos utilizados para la separación por medios densos se recuperan por destilación, por ello en la Tabla siguiente se muestran datos de T de ebullición, Fusión y miscibilidad. Compuesto Fórmula ρ 25°C T eb T fusión Miscible en: Bromoformo HC-Br3 2.89 149.5 - Alcohol, eter-Cl4C TBE HCBr2-CBr2H 2.96 151 - Alcohol, cloroformo-Cl4C Bromuro de etileno H2C-Br2 2.48 97 - Alcohol y Cl4C Ioduro de metileno H2C-I2 3.31 182 - Alcohol y C6H6 Tetrabromuro de Sn Br4Sn 3.34 (descompone a 35°C) - 31 Cl4C (descompone en agua) ρSiO2 < 2.8 ρSnO2 >> 2.8 ρ fluido=2.8 ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar Formiato de Tl H-C-O-OTl 4.95 (descompone a 105°C) - 94 A escala industrial no se utilizan los compuestos anteriormente mencionados, por ser caros y tóxicos, por ello aparecen en escena los PSEUDOFLUIDOS. Pseudofluidos: suspensiones que se comportan como fluidos baja ciertas condiciones, a saber: 1) Concentración de sólidos en pulpa menor al 30% en volumen (a concentraciones mayores la pulpa se comporta como un plástico, esto significa la necesidad de ejercer un mayor esfuerzo de corte) 2) Las partículas a separar deben tener un tamaño GRANDE con respecto al tamaño de las partículas que forman el medio denso. 3) El sólido que forma el medio denso debe tener por lo general entre 200 – 300 µ. 4) Además el sólido que formará el medio denso debe cumplir una serie de condiciones a saber: i. Alta densidad: para que la densidad aparente del medio denso sea alta con baja concentración de sólidos. ii. No debe reaccionar químicamente con ninguno de los materiales puestos en juego. (No debe oxidarse ni corroerse). iii. El sólido debe ser fácilmente recuperable. Históricamente los primeros sólidos que se utilizaban para formar medios densos eran: Ejemplo: Galena pura (SPb); ρ = 7.5 ρ(md) ≈ 4. Si la ρ(md)> 4 aparecen problemas de sedimentación lenta. Por otro lado la Galena es recuperable por flotación por espuma. Inconvenientes en el uso de la Galena: El SPb tiene tendencia a oxidarse Su recuperación se dificulta pues tiende a romperse y formar lamas (alta fiabilidad), lo que ocasiona problemas en la flotación por espuma. Los medios Mas utilizados actualmente son: 1) FERROSILICIO: usado para menas metalíferas (ρ del ferrosilicio) = 6.7 a 6.9) (ρ(md)≈ 3.2) 2) MAGNETITA: usados en la recuperación de carbón (ρ(magnetita) = 5.17). (ρ(md) ≈ 2.5) Las ventajas de usar estos materiales es que son baratos y fácilmente recuperables via separación magnética ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ENZO CORTE Resaltar ETAPAS DEL PROCEDIMIENTO DE MEDIOS DENSOS Este procedimiento, para su correcto funcionamiento, necesita de tres etapas fundamentales: - Preparación del mineral. - Preparación del medio. - Separación de los productos (concentrado y estéril). Para que el proceso resulte económicamente viable se requiere de un cuarto proceso que consiste precisamente en la recuperación del material empleado para formar el medio denso a) PREPARACIÓN DEL MATERIAL. Como es sencillo imaginar, los materiales que llegan a la instalación de lavado, procedentes de la explotación, no suelen ser aptos directamente para su tratamiento debido, fundamentalmente, a sus enormes granulometrías que impiden que sean manipulables en las líneas de transporte y proceso del lavadero. Por lo tanto, lo primero que se debe conseguir en una instalación de este tipo es reducir el tamaño del material de alimentación. Por este motivo, los lavaderos poseen en su inicio etapas de trituración, con lo que se consiguen dos objetivos: por un lado, como ya se ha comentado, adecuar el tamaño del material para que la instalación lo pueda manejar, y por otro conseguir la liberación del mineral, es decir, su segregación mecánica del estéril. Una vez pasada la fase de trituración y con el fin de favorecer los posteriores procesos de separación densimétrica, el material triturado debe clasificarse por tamaños o fracciones granulométricas. Es importante resaltar que cuanto más homogéneos sean los tamaños que lleguen al proceso densimétrico mejor y más precisamente se realizará la separación estéril-mineral. También es importante que antes de que el material entre en el medio denso, se hayan desprendido de él las partículas finas que normalmente lo acompañan. Estas partículas finas aumentan la viscosidad y densidad del medio denso provocando el incremento de la imperfección del proceso de separación. No obstante, es necesario mantener un determinado nivel de esos finos, con el fin de dotar al medio de la estabilidad necesaria que permita mantener su densidad constante. b) PREPARACIÓN DEL MEDIO. Como ya se ha comentado anteriormente, los primeros medios que se utilizaron estaban formados por mezclas de baritina, arena o galena con agua. Los problemas derivados de su falta de estabilidad, dificultad para su recuperación, baja densidad, etc. han llevado a que hoy en día se utilicen únicamente medios formados por magnetita o ferrosilicio. Este último sólo se emplea cuando se necesitan densidades especialmente elevadas. Una de los motivos que han llevado al empleo sistemático de la magnetita o el ferrosilicio es que su recuperación mediante sistemas magnéticos resulta muy sencilla aprovechando precisamente las propiedades magnéticas de estos materiales. El medio denso se prepara normalmente en un depósito con agua en el que la magnetita se deposita mediante medios mecánicos, una pala o una retrocargadora. Desde ese depósito, la mezcla o pulpa es bombeada hasta el equipo que va a emplear el medio denso. Es evidente que una pseudo-solución no es nunca tan estable como una solución verdadera o un líquido orgánico, por lo que a la hora de preparar y utilizar la mezcla sólido-líquido hay que tener en cuenta varias consideraciones. En primer lugar las partículas del sólido que forma el medio denso deben tener la suficiente resistencia para que no se rompan durante el proceso, ya que de lo contrario se hace más difícil su recuperación y se produce un incremento incontrolado de la viscosidad del medio. Por otro lado, la velocidad de decantación de las partículas, debe ser baja, inferior a 1 mm/min, ya que de ser mayor se producen disminuciones importantes de la densidad y el medio pierde estabilidad. Finalmente, la viscosidad debe ser la adecuada: una viscosidad demasiado baja da como resultado un aumento en la velocidad de decantación de las partículas del medio, disminuyendo su densidad; por el contrario, una viscosidad demasiado elevada trae consigo un aumento no controlado de la densidad. c) SEPARACIÓN DE PRODUCTOS. Una vez preparados tanto el producto como el medio se está en condiciones de poder realizar con éxito el enriquecimiento del mineral, eliminando la mayor cantidad de estéril posible. El volumen de estéril eliminado es función, recordemos, del grado de liberación alcanzado en la fase de preparación anterior. A modo de ejemplo considerando la separación de carbón, la separación se produce cuando introducida la mezcla carbónestéril en el baño de medio denso, los productos ligeros, el carbón, flotan, mientras que los productos pesados, el estéril, se hunden. A continuación vamos a examinar cómo se realiza a escala industrial este proceso. EQUIPOS SEPARACIÓN EN UN TAMBOR WENCO. Este aparato de separación está constituido por un tambor rotativo, que se encuentra lleno de medio denso, más o menos hasta un tercio de su capacidad. Como puede observarse en la Figura a continuación (Corte transversal del tambor), el material llega al tambor por uno de sus extremos descargándose a través de un canal. El material se introduce en el baño de forma que, transcurrido un cierto tiempo, se produce la separación: el carbón sobrenadará en el medio y el estéril se habrá depositado en el fondo. El giro del tambor, a velocidad comprendida entre 0,5 y 2 r.p.m., permite por un lado el batido constante del medio y por otro favorece la extracción del material hundido. Corte transversal del tambor Wenco Para conseguir la evacuación del interior del tambor del carbón es necesario crear un rebose con una altura suficiente para permitir la salida de las partículas de carbón de mayor tamaño. Este rebose se consigue introduciendo medio denso por el mismo canal que se utiliza para alimentar de material al tambor. La evacuación del estéril hundido se realiza mediante unas palas que el tambor posee en todo su perímetro interior. Estas palas, al igual que los cangilones de una noria, recogen el estéril del fondo y lo descargan en un canal de salida situado en la zona superior del tambor. Tanto el carbón flotado como el estéril hundido abandonan el tambor acompañados de una parte del medio denso, medio que es necesario recuperar por motivos económicos y para evitar la contaminación del carbón por la magnetita. El medio se recupera en unos vibrotamices dispuestos inmediatamente a las salidas del tambor, en la primera zona de este vibrotamiz, se recupera por gravedad. El medio así recuperado recibe el nombre de medio denso concentrado, ya que posee la misma densidad del medio de separación y por lo tanto puede utilizarse de nuevo en el tambor y generar con él nuevos reboses. A continuación los vibrotamices van dotados de riego de agua, en donde se acaba de recuperar el medio. El medio así recuperado se denomina medio denso diluido y si bien tiene la misma composición que el concentrado (agua, magnetita y finos de carbón), no puede recircularse directamente al circuito ya que no dispone de la densidad adecuada. El medio denso diluido se lleva al circuito de recuperación (ver Figura a continuación: Circuito de recuperación de medio denso). En él se separan y recuperan sus tres componentes: la magnetita que se emplea para reponer las pérdidas que se generan en el concentrado, los finos que son carbón y el agua que se utiliza de nuevo en los circuitos de riego. La recuperación se realiza en primer lugar con separadoresmagnéticos que se encargan de recoger la magnetita para introducirla de nuevo al circuito. Los finos y el agua se recuperan en tanques espesadores. Circuito de recuperación de medio denso
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