CONSIDERACIONES TECNICAS Y ECONOMICAS:

Importancia del chancado y la molienda en la conminución

Artículo preparado por Ricardo Ramírez y Juan Irizar, de Sandvik Rock Processing y Sandvik Materials Handling

El objetivo de la conminución es la reducción del tamaño de las rocas y, según esto, la primera pregunta que surge es por qué la acción no se hace de una sola vez. Es decir, que un equipo tome un trozo de material y lo convierta en arena en un solo paso.Desafortunadamente, los ingenieros y expertos en chancado no han podido desarrollar aún una máquina capaz de realizar el proceso de una sola vez para todos los tipos de materiales. Por esto, en la mayoría de las aplicaciones, son necesarias varias etapas de fragmentación y más de un equipo.El hecho que exista chancado y molienda y no sólo uno de ellos, responde a dos motivos muy claros: factibilidad técnica y económica. Existe un límite para el cual los chancadores son eficientes y, pasado éste, realizan muy poco trabajo en comparación con la energía consumida. Para este caso existen otras máquinas que realizan la reducción de material con un rendimiento mucho mayor: los molinos.Cuando un chancador comienza a funcionar, su rendimiento va de acuerdo a la reducción entre la abertura de alimentación y la abertura de descarga. A medida que el material pasa por la cámara de chancado con el fin de ser reducido y el equipo no consigue tal objetivo, se diminuye la abertura del equipo de manera tal de alcanzar tal necesidad. Cuando un equipo chancador con su abertura más pequeña no presenta la posibilidad de reducir, será necesario otro equipo con el cual alcanzar la granulometría deseada. De aquí que exista chancado primario, secundario, terciario y cuaternario. El proceso sigue hasta que se llega a un punto en el cual no se alcanza el tamaño deseado y donde los tamaños necesarios sólo se logran por medio de la molienda. Cabe destacar que si se insiste en la utilización de una determinada máquina es posible que se logre reducir el tamaño hasta lo deseado, pero económicamente no es viable.Por este motivo es necesaria la existencia de dos procesos: chancado y molienda, los que juntos logran el objetivo de la conminución, el material con un tamaño y forma dados, además de la liberación de la especie útil. Existen varios tipos de chancadores, cada uno de los cuales tiene un trabajo específico, ya sea en la fragmentación de grandes bolones (chancadores giratorios, de mandíbulas e impactadores) o en la fragmentación de material de tamaño intermedio (chancadores de cono y chancador de rodillos), o en la fragmentación de tamaños pequeños y con forma cúbica (chancadores de rodillos, chancadores de martillos e impactadores de eje vertical, VSI). Cada uno de estos equipos tiene un campo específico, lo que no implica necesariamente que no

pueda realizar otra función más que la que le corresponde. Todo chancador, sin embargo, se puede utilizar en los casos en que existan condiciones para ello. Esto es importante ya que si bien un chancador puede fragmentar todo tipo de roca, esta fragmentación tiene que efectuarse en forma económica.Otro de los factores que influyen en la imposibilidad de realizar el chancado de una sola vez es la compactación o atasque de material. Una medida de la compactación del material es la diferencia entre la densidad real y la densidad aparente del material. Mientras mayor es esta diferencia, menor es la compactación.Si comparamos un trozo de roca con una muestra de material chancado o producto de una tronada, encontraremos que la roca sólida es de mucho mayor densidad. Los espacios o 'bolsones de aire' en el material tronado hacen que esta densidad aparente sea menor.

Conocer el materialLa cantidad de etapas necesarias para la fragmentación total del material dependerá de dos aspectos: el tamaño del producto requerido y su relación con el tamaño de alimentación; y la dureza o resistencia a la fragmentación del material.Lo primero es muy importante ya que si el tamaño de producto es muy cercano al tamaño de alimentación, lo más probable es que se requiera pocas etapas de fragmentación; mas si existe gran diferencia entre éstos y se requiere una gran razón de reducción para el proceso, estaremos limitados a la razón de reducción de los equipos de chancado. Lo que se debe hacer en definitiva es elegir el tipo de máquinas que permita conseguir la reducción requerida y ubicarlas en una cadena de tal manera que juntas proporcionen esta disminución de tamaño. En tanto, la resistencia a la fragmentación es fundamental ya que afecta la razón de reducción por un lado y, por otro, definirá qué tipo de máquina se puede utilizar.Un material con bajo índice de trabajo es fácilmente fragmentable, por lo que la razón de reducción del chancador es alta, disminuyéndose las etapas necesarias de fragmentación de la planta de chancado. Por el contrario, si un material tiene un índice de trabajo alto será imposible utilizar una abertura de salida muy estrecha, para no producir sobrecargas, con lo que se necesita mayor cantidad de etapas de fragmentación para alcanzar el tamaño de producto deseado.De lo anterior se puede inferir que la resistencia a la fragmentación es una propiedad muy importante del material a tratar y es fundamental determinarla. En el diseño del proceso de chancado es fundamental conocer las características del material a tratar ya que dependiendo de éstas habrá una máquina que sea la mejor opción, un tipo de circuito característico, una cantidad de etapas de chancado, etc.Cuatro son los factores de importancia para la elección del chancador adecuado: el tipo de material a tratar, el tamaño de la alimentación, la capacidad requerida y las características del producto. De estos factores, sólo los dos primeros están relacionados directamente con el material, ya que los otros tienen relación directa con la máquina escogida.Como referencia, cabe destacar que las empresas proveedoras de maquinaria para chancado tienen sus propios laboratorios de prueba en los cuales desarrollan los estudios de manera de definir el comportamiento de sus máquinas con el material en cuestión. Cada proveedor realiza las pruebas que estima conveniente para la aplicación en estudio, pudiendo presentarse el caso en que dos proveedores distintos realicen pruebas diferentes en base a su experiencia.La veracidad de los resultados de las pruebas con respecto a la totalidad del material a chancar dependerá de la representatividad de la muestra tomada. Los costos asociados a la toma de muestra se pueden comparar con los costos de obtener resultados errados, por ende, invertir en la correcta toma de muestras es un buen negocio.

El objetivo del proceso de concentración es liberar y concentrar las partículas de cobre que se encuentran en forma de súlfuros en las rocas mineralizadas, de manera que pueda continuar a otras etapas del proceso productivo. Generalmente, este proceso se realiza en grandes instalaciones ubicadas en la superficie, formando lo que se conoce como planta, y que se ubican lo más cerca posible de la mina. El proceso de concentración se divide en las siguientes fases:

Etapa 1: Chancado

El mineral proveniente de la mina presenta una granulometría variada, desde partículas de menos de 1 mm hasta fragmentos mayores que 1 m de diámetro, por lo que el objetivo del chancado es reducir el tamaño de los fragmentos mayores hasta obtener un tamaño uniforme máximo de ½ pulgada (1,27 cm).

¿En qué consiste el proceso de chancado?

Para lograr el tamaño deseado de ½ pulgada, en el proceso del chancado se utiliza la combinación de tres equipos en línea que van reduciendo el tamaño de los fragmentos en etapas, las que se conocen como etapa primaria, etapa secundaria y terciaria.

En la etapa primaria, el chancador primario reduce el tamaño máximo de los fragmentos a 8 pulgadas de

diámetro.En la etapa secundaria, el tamaño del material se reduce a 3 pulgadas.

En la etapa terciaria, el material mineralizado logra llegar finalmente a ½ pulgada.

¿Cómo son los equipos?

Los chancadores son equipos eléctricos de grandes dimensiones. En estos equipos, los elementos que trituran la roca mediante movimientos vibratorios están construidos de una aleación especial de acero de alta resistencia. Los chancadores son alimentados por la parte superior y descargan el mineral chancado por su parte inferior a través de una abertura graduada de acuerdo al diámetro requerido. Todo el manejo del mineral en la planta se realiza mediante correas transportadoras, desde la alimentación proveniente de la mina hasta la entrega del mineral chancado a la etapa siguiente.

El chancador primario es el de mayor tamaño (54' x 74', es decir 16,5 m de ancho por 22,5 m de alto). En algunas plantas de operaciones, este chancador se ubica en el interior de la mina (cerca de donde se extrae el mineral) como es el caso de la División Andina.

Etapa 2: La Molienda

Mediante la molienda, se continúa reduciendo el tamaño de las partículas que componen el mineral, para obtener una granulometría máxima de 180 micrones (0,18 mm), la que permite finalmente la liberación de la mayor parte de los minerales de cobre en forma de partículas individuales.

¿En qué consiste el proceso de molienda?

El proceso de la molienda se realiza utilizando grandes equipos giratorios o molinos de forma cilíndrica, en dos formas diferentes: molienda convencional o molienda SAG. 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.

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.

Molienda de barrasEste equipo tiene en su interior barras de acero de 3,5 pulgadas de diámetro 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 bolasEste molino, cuyas dimensiones son 16 x 24 pies (es decir, 4,9 m de diámetro por 7,3 m de ancho), está ocupado en un 35% de su capacidad por bolas de acero de 3,5

Las bolas de acero que tiene el molino de bolas, caen

sobre las rocas cuando el molino gira, reduciendo aún

más su tamaño.

pulgadas de diámetro, las cuales son los elementos de molienda. En un proceso de aproximadamente 20 minutos, el 80% del mineral es reducido a un tamaño máximo de 180 micrones.

Molienda SAG

La instalación de un molino SAG constituye una innovación reciente en algunas plantas. Los molinos SAG (SemiAutóGenos) son equipos de mayores dimensiones (36 x 15 pies, es decir, 11,0 m de diámetro por 4,6 m de ancho) y más eficientes que los anteriores. Gracias a su gran capacidad y eficiencia, acortan el proceso de chancado y molienda.

¿En qué consiste la molienda SAG?

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. Este material es reducido gracias a la acción del mismo material mineralizado presente en partículas de variados tamaños (de ahí su nombre de molienda semi autógena) y por la acción de numerosas bolas de acero, de 5 pulgadas de diámetro, que ocupan el 12% de su capacidad. 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.

La mayor parte del material molido en el SAG va directamente a la etapa siguiente, la flotación, es decir tiene la granulometría requerida bajo los 180 micrones, y una pequeña proporción debe ser enviado a un molino de bolas.

Etapa 3: La Flotación

La flotación es un proceso físico-químico que permite la separación de los minerales sulfurados de cobre y otros elementos como el molibdeno, del resto de los minerales que componen la mayor parte de la roca original.

¿Cómo se realiza la flotación?

La pulpa proveniente de la molienda, que tiene ya incorporados los reactivos necesarios para la flotación, se introduce en unos receptáculos como piscinas, llamados celdas de flotación. Desde el fondo de las celdas, se hace burbujear aire y se mantiene la mezcla en constante agitación para que el proceso sea intensivo.

Los reactivos que se incorporan en la molienda tienen diferentes naturalezas y cumplen diferentes funciones:

Reactivos espumantestienen como objetivo el producir burbujas resistentes.

Reactivos colectorestienen la misión de impregnar las partículas de sulfuros de cobre y de molibdeno para que se separen del agua (efecto hidrófobo) y se peguen en las burbujas.

Reactivos depresantesdestinados a provocar el efecto inverso al de los reactivos colectores para evitar la recolección de otros minerales como la pirita, que es un sulfuro que no tiene cobre.

Otros aditivoscomo la cal sirven para estabilizar la acidez de la mezcla en un valor de pH determinado, proporcionando el ambiente adecuado para que ocurra todo el proceso de flotación.

Las burbujas arrastran consigo los minerales sulfurados hacia la superficie, donde rebasan por el borde de la celda hacia canaletas que las conducen hacia estanques especiales, desde donde esta pulpa es enviada a la siguiente etapa.

El molino SAG tiene mayor capacidad y tecnología que los molinos convencionales.

Muele rocas más grandes que vienen directamente del

chancador primario.

El material molido es llevado a las celdas de flotación

donde el cobre se separa adhiriéndose a burbujas de

aire que suben a la superficie.

El proceso es reiterado en varios ciclos, de manera que cada ciclo va produciendo un producto cada vez más concentrado. En uno de estos ciclos, se realiza un proceso especial de flotación para recuperar el molibdeno, cuyo concentrado alcanza una ley de 49% de molibdenita (MoS2).

¿Cuál es el producto del proceso de flotación?

Luego de varios ciclos en que las burbujas rebasan el borde de las celdas, se obtiene el concentrado, en el cual el contenido de cobre ha sido aumentado desde valores del orden del 1% (originales en la roca) a un valor de hasta 31% de cobre total.

El concentrado final es secado mediante filtros y llevado al proceso de fundición.