CONCENTRACION DE MINERALES EN ESPIRALES HUMPREYSHuancayo, 04 de Noviembre del 2013Seores : Universidad Nacional del centro del Per Facultad Ingeniera Metalrgica y de MaterialesAtencin : Ing. Hctor Bueno Bulln.Asunto : PRUEBAS METALRGICAS DE CONCENTRACIN EN ESPIRALES HUMPHREYSAtentamente: AURIS HUAYTA, Nehemas JORGE MESA, Gustavo LONDOA ZAVALA, Luis NUEZ MUCHA, Bryan ORE RIOS, Cristina RONDON POMA, Mirian ROSARIO ESPEJO, Gensen VARGAS HUANUCO, Wilfred

El objetivo del presente documento es informar, demostrar y aplicar la concentracin en espirales Humphrey cuyo fundamento se basa en la cada helicoidal por va hmeda usando la gravedad como fuerza de separacin y seleccin.

INTRODUCCINEl principio de la concentracin en Espiral Humphrey est basado a travs de un flujo laminar, en el hecho que una partcula se desliza en un canal circular a travs de una corriente de fluido (agua), est sujeta por lo menos a cuatro fuerzas a saber: 1. Fuerza gravitacional 2. Fuerza centrfuga 3. Empuje del lquido 4. Roce contra el fondo del canal. Cuando la pulpa corre hacia abajo por el canal en espiral de seccin semi circular cada partcula est sujeta a la fuerza a la fuerza centrfuga tangencial al cauce. Esta fuerza es directamente proporcional al radio en donde est ubicada la partcula. La fuerza centrfuga empuja al lquido hacia la periferia de la espiral hasta que la corriente de la pulpa alcanza el equilibrio entre la fuerza centrfuga y la de gravedad. En tal caso la velocidad del flujo a travs de la espiral decrece con la profundidad, siendo mxima en la superficie del lquido y tendiendo a cero hacia el fondo. Esta disminucin proporcional de la aceleracin es mayor en la cercana del contacto pulpa - superficie del canal, formando sobre l una pelcula de fluido retardado por el roce. Dicho efecto hace disminuir la fuerza centrfuga y las partculas decantadas en el fondo son llevadas hacia el interior del canal, mientras que las ms livianas son arrastradas hacia la superficie.En resumen, la fuerza resultante que lleva la partcula pesada hacia el interior del canal es la resultante de las cuatro fuerzas nombradas con anterioridad. Variables operativas: Alimentacin Porcentaje de slido Granulometra de alimentacin Volumen mximo de pulpa MARCO TEORICO1.-BREVE RESEA HISTORICAEs muy antigua la existencia del procedimiento de la concentracin por espirales, as como de la flotacin.Los egipcios del tiempo de las pirmides, utilizaban las torres de concentracin de espirales de gruesas piedras de forma tronco-cnicas en la concentracin de minerales de estao, oro y cobre. Estas torres existen an, y se llaman Nuraghes. Se conocen estas torres en el frica, en el cercano Oriente y en la Judea. Hasta hace poco se supona que eran fortalezas, pero su disposicin en relacin a los accidentes geogrficos no confirman dicho criterio.En los comienzos del presente siglo encontraremos que los belgas habran utilizado ya los espirales metlicos, para la separacin de los esquistos de los carbones antracitosos.Ya en el presente siglo es sabido que los espirales se han utilizado para fines industriales. Richards en su texto de tratamiento de minerales con fecha del ao de 1925 explica un procedimiento de seleccin de carbn de piedra con espiral. Estos seleccionadores o separadores espirales hacen uso fundamentalmente de varias diferencias, respecto a las propiedades entre el carbn y las impurezas que le acompaan tales como conglomerados de lodo, arcilla o principalmente de pizarras, las cuales afectan el movimiento de cada en un plano inclinado. La pizarra tiene un alto coeficiente de deslizamiento y un elevado peso especfico en relacin al carbn tambin tienden a romperse en piezas planas a lo que las del carbn se cubican. El efecto combinado de estas diferencias es que las partculas de carbn durante su cada adquiere mucha mayor velocidad que las de pizarra, el caso es que las partculas de carbn son mas elsticas ,poco frgiles que la pizarra, puede considerarse adems en la diferencia de la velocidad el hecho que las partculas de carbn ruedan y saltan mientras que ls de pizarra se deslizan .Considerando las propiedades descritas se ha sealado el artefacto denominado Espiral Fardee, esta espiral realiza tres tareas fundamentales: a) Alimentacin b) Seleccin o Separacin c) Coleccin.La alimentacin se realiza en la parte superior A de tres canales helicoidales interiores e inmediatamente tan pronto el material seco comienza a deslizarse ,en B se produce una clasificacin natural en capas por orden de densidad, al fondo la pizarra y en la superficie el carbn .Este ltimo adquiere al seguir el canal espiral una mayor aceleracin centrifuga que lo impuse al exterior y encima del borde de la espiral de separacin a la espiral exterior colectora del carbn limpio .Mientras tanto la accin de la fuerza centrfuga que actu sobre las partculas de pizarra ha sido insuficiente para llevarlos arriba y encima de los bordes del canal. El carbn y los desechos se recogen separadamente en la parte inferior externa C, y las internas P.

En 1943 I.B.Humpreys creo en Denver, EE.UU. un nuevo modelo de espiral, haciendo modificaciones fundamentalmente del anterior que utilizo por primera vez en la concentracin gravimtrica de la cromita de las arenas cromiferas depositadas en las antiguas playas de Oregn.

Desde la fecha arriba citada hasta el presente ha sido aplicada progresivamente en un mayor nmero de minerales.Su campo de accin comprende tanto minerales metlicos y no metlicos, incluyendo el lavado de carbn.Los minerales que han sido concentrados por estas espirales verticales son: cromita, rutilo, ilmenita, zircn, monacita, estaurodita, baritina, galena, pirita, fosfatos, hematita, maquetita, micas, molibdenita, wolframita, cobre nativo, schelita y columbita.El principio bsico se ha mantenido hasta la actualidad, pero con evoluciones considerables en cuanto al diseo y tcnicas de fabricacin. Los materiales de construccin empleados han evolucionado desde la madera y hierro fundido hasta el polister reforzado con fibra de vidrio, pasando por aleaciones, hormign, goma, etc.Actualmente, la mayora de los fabricantes construyen en polister reforzado con fibra de vidrio, con recubrimientos de poliuretanoo goma, y este relativamente sencillo proceso de fabricacin ha sido uno de los motivos del rpido avance en el diseo de estos separadores. Los mayores avances en el diseo han incidido en el perfil y paso de la espiral. El campo de aplicacin se ha expandido principalmente, debido al desarrollo de espirales en las cuales el paso y el perfil cambian a lo largo de su longitud.2.- DEFINICIONEl concentrador de espiral consiste en una canaleta helicoidal con cuatro a siete vueltas. Su funcionamiento puede ser comparado con el de una batea cnica, donde las partculas livianas se mueven por la accin del agua hacia el borde y las partculas pesadas se concentran en el centro. Se puede considerar al concentrador de espiral como una serie de bateas superpuestas y conectadas. Un concentrador de espiral, tambin conocido como espiral Humphreys, consiste bsicamente en una o ms artesas (troughs) de seccin semicircular que describen una trayectoria helicoidal vertical alrededor de una columna central que sirve de soporte.

Las partculas ms pesadas se renen en el fondo, donde la friccin y el lastre actan para aminorar la velocidad del material. Debido a la forma de espiral del lecho de la canaleta, las fuerzas centrfugas en la pulpa llevan al material ms liviano hacia afuera, hacia el borde de la espiral, mientras que el material pesado permanece adentro.Al final de las espirales modernas, los cortadores dividen el producto en cuatro diferentes fracciones: concentrados, mixtos, colas y agua. Existen tipos especficos de espirales, utilizados para la limpieza realizada en una etapa posterior sobre los concentrados enriquecidos o sobre las cargas con alto contenido de minerales pesados (las espirales de mediano grado y de alto grado tienen ms salidas para los concentrados, pero muy raramente son utilizadas en el procesamiento de oro). La forma helicoidal hace posible la combinacin de varias espirales en una sola columna (duplex, triplex). Las espirales pueden ser utilizadas para una variacin de tamao de grano desde 2 mm hasta aprox. 30 mm. Por lo general, las espirales se caracterizan por su alta recuperacin, pero tambin por su bajo factor de enriquecimiento, y es debido a este motivo que las espirales son utilizadas exitosamente en la fase de preconcentracin o como "scavenger" (para la recuperacin de minerales residuales de valor de las colas). Las espirales no son apropiadas para el enriquecimiento de los concentrados obtenidos a travs del lavado en canaletas. Sin embargo, no hay duda que las espirales pueden ser utilizadas efectivamente incluso como un reemplazo de las canaletas, combinadas con otro equipo para la concentracin secundaria de preconcentrados (mesas concentradoras, por ejemplo). Las espirales permiten tener una produccin continua de preconcentrados, as como tambin extraer un producto intermedio (como sulfuros) y son extraordinariamente tiles para la extraccin de lodo del material, debido que la mayor parte del agua, junto con las partculas ultrafinas, se extrae separadamente. Las espirales no requieren de impulsin motriz, requieren poco mantenimiento, tambin son resistentes al desgaste mecnico y cada unidad puede tratar hasta 2 t/h, requieren poco espacio y son fciles de operar. En comparacin con las mesas vibradoras y con los concentradores centrfugos, las espirales son significativamente ms econmicas.ESTIMACIN DEL GRADOPara tener una primera estimacin del grado de xito que se puede obtener con la espiral, se puede recurrir a la siguiente expresin:

Donde:p = Diferencia de densidad,p = densidad relativa de la partcula. Segn el valor de p tendremos la siguiente tabla:

3.- CARACTERISTICAS DE LAS ESPIRALES La concentracin en espirales puede realizarse por etapas, en general una etapa de desbaste es seguida de etapas de limpieza. En el caso de menas metlicas, normalmente se retira un relave final en la etapa de desbaste, mientras que, un pre-concentrado pasa a la etapa de limpieza. La espiral consiste de un canal helicoidal cilndrico con seccin transversal semicircular modificada. En la parte superior existe una caja destinada a recibir la alimentacin en forma de pulpa. A medida que ella se escurre, las partculas ms pesadas se encuentran en una faja a lo largo del lado interno del flujo de la pulpa y son removidas por aberturas localizadas en la parte ms baja de su seccin transversal. En las espirales Humphrey existen dos aberturas para cada vuelta de la espiral. Estas aberturas estn provistas de un dispositivo que permite guiar los minerales pesados para obtener la separacin deseada, a travs de una regulacin conveniente. Cada abertura es conectada a un tubo colector central, a travs de mangueras de tal forma que se juntan los materiales recogidos en las diferentes aberturas en un nico producto. En el extremo inferior del canal existe una caja destinada a recoger los minerales livianos que no son recogidos por las aberturas.

4.-PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.La pulpa es introducida en la parte superior de la espiral, sobre el canal semicircular, a travs de un distribuidor de alimentacin e inmediatamente la pulpa es sometida a una fuerza centrfuga generada gracias a la geometra de la espiral. Las partculas ms ligeras son llevadas ms rpidamente por el empuje de la lmina fluyente, alcanzando una mayor velocidad tangencial que facilitar su ascenso hacia la periferia de la artesa mientras que las partculas ms pesadas sern dirigidas hacia la zona prxima de la columna central, como consecuencia de su menor velocidad tangencial facilitada por una menor velocidad del flujo de agua debido a la friccin con la superficie (segn Mitchell). Segn Taggart el movimiento helicoidal que adquiere la pulpa en su bajada, har que las partculas ms pesadas se dirijan a la zona interna por saltacin mientras que las partculas ms ligeras se dirigirn a la zona externa por suspensin.

Carpco (fabricante que comercializa las espirales Humphreys desde 1988) presenta las siguientes regiones sobre la seccin transversal de la artesa:

Regin 1: Esta regin de agua elevada consiste principalmente de agua y partculas finas, la mayor parte de las cuales han quedado atrapadas aqu desde el alimentador. El agua presenta aqu un movimiento anti-horario. En esta regin no hay separacin debido a la baja densidad de pulpa y a la alta velocidad de la pulpa que impiden cualquier sedimentacin de las partculas densas. Regin 2: Esta franja es la regin con las mxima velocidad del agua, y representa por tanto la mxima fuerza centrfuga del agua, movindose el agua hacia abajo e interrumpiendo cualquier movimiento entre las regiones 1 y 3. Regin 3: Esta regin es considerada la regin superior con una velocidad muy alta de pulpa. El agua en esta regin se mueve en sentido horario y la mayor parte de la separacin tiene lugar en ella. Las partculas ms densas sedimentan en el fondo de la artesa y caminan hacia la regin 5. Al mismo tiempo, las partculas menos densas son suspendidas en la alta velocidad del agua y son llevadas a la regin 2. Regin 4: Esta pequea regin es donde las regiones 3 y 5 se solapan. Sirve como punto de referencia para los operadores de espirales. Regin 5: Es la regin donde se concentran las partculas de mayor densidad. La partculas menos densas de esta regin se dirigen hacia la parte alta la capa de pulpa y entonces son llevadas lejos por el agua que fluye sobre la superficie de la capa de pulpa. Este lavado se mejora con la introduccin de agua de lavado a travs de la regin 6.Regin 6: Sobre los modelos de espiral tipo washwater, se aade un agua adicional para lavar las partculas menos densas antes de que las partculas densas sean recolectadas en el orificio de concentrados.

5.-PARMETROS DE OPERACIN CAPACIDAD DE TRATAMIENTO DE SLIDOS.La capacidad de tratamiento de slidos por espiral vara de 0,5 a 2,5 ton/h, la tasa ms utilizada es de 1,5 ton/h. El flujo de pulpa de la alimentacin depende de las caractersticas de la menas. Para materiales finos se aconseja flujos de 50 a 65 L/min, para materiales medios, 70 a 90 L/miny para materiales gruesos, en torno de 110 L/min. CONSUMO DE AGUA.El consumo de agua para cada espiral, incluyendo el agua de lavado vara de 50 a 110 L/min. Esta agua es normalmente recuperada y recirculada. En el caso de las espirales de retiradas limitadas, el agua de lavado ha sido reducida e incluso en ciertos casos ha sido eliminada. PORCENTAJE DE SLIDOS.El porcentaje de slidos es de 20 a 30%, pulpas conteniendo slidos de granulometra gruesa, pueden tener hasta 50% de slidos.EFECTO DEL PRCENTAJE DE SLIDOS EN EL RENDIMIENTO DE UNA ESPIRAL

GRANULOMETRA DE ALIMENTACIN.Los lmites granulomtricos de los minerales pesados contenidos en la pulpa pueden variar hasta 4 mallas. Cuanto ms amplio es el rango granulomtrico, menor ser la eficiencia de concentracin. La eficiencia de las espirales normalmente disminuye para granulometras menores a 200 mallas. PESOS ESPECFICOS DE LOS MINERALES A SEPARAR.La diferencia de pesos especficos entre los minerales tiles y los minerales de ganga deben ser siempre mayores que 1,0 para obtener una concentracin adecuada. La eficiencia de las espirales crece con el aumento de los pesos especficos de los minerales pesados. FORMA O TAMAOS DE LAS PARTCULAS.Puede influir de tal forma a la concentracin, que en ciertos casos, tratando minerales de pesos especficos muy prximos, puede obtenerse una buena concentracin.RECUPERACIN VS TAMAO EN CONCENTRACIN CO ESPIRALES

6.-CLASIFICACIONLas espirales se dividen en dos tipos: espirales de mltiples retiradas y espirales de retiradas limitadas.ESPIRALES DE MLTIPLES RETIRADASLa espiral original Humphrey presenta cinco vueltas completas de hlice, la cual es un conducto helicoidal conectado a una columna central que sirve tambin para la descarga del concentrado. Se fabrican en segmentos de 120 (3 segmentos forman una vuelta). Se construyen en fierro fundido (con o sin revestimiento de goma) y en fibra de vidrio (con revestimiento de goma. Se entregan en hlices simples o dobles, en ese caso se acoplan en 180en torno a la columna central.

ESPIRALES DE RETIRADAS LIMITADASLa tecnologa se inclina a la construccin de espirales con menos puntos de retiradas del concentrado, varias con un nico punto, en el fondo de la hlice. Tambin el agua de lavado ha sido reducida e incluso en algunos casos ha sido eliminada.Estas espirales han sido fabricadas por la Reichert, Vickers, Xatal, Spargo, etc. En la Unin Sovitica han sido proyectadas espirales de hasta 2 metros de dimetro.7.- CIRCUITO DE CONCENTRACIN CON ESPIRALES

8.-FLOWSHET

9.-APLICACIONESLas espirales se aplican de la siguiente forma: Produccin de un concentrado y un relave en una sola etapa. Produccin de un concentrado final y el relave se trata en otro proceso. Produccin de un concentrado bulkde varios minerales pesados (la separacin se realiza por otro proceso) y un relave final. Tratamiento del scavengerde otro proceso. En circuito cerrado de molienda, en la recuperacin de minerales pesados ya liberados.Las principales aplicaciones de las espirales seran las siguientes : Tratamiento de menas de fierro. Tratamiento de arenas de playa. Tratamiento de cromita, tantalita, scheelitay oro. Tratamiento de carbn.

DESARROLLO EXPERIMENTALEQUIPOS Y MATERIALES Concentrador Espiral Humpreys. Balanza Chancadora de quijadas de Laboratorio Malla No. 10. Mineral de galena y cuarzo Probeta de 1000 ml. Bandejas Recipientes (baldes de plstico)

PROCEDIMIENTOSe realizarn dos pruebas preliminares tendientes a establecer la viabilidad de la aplicacin de la espiral. Los parmetros se conservarn constantes as:- Granulometra: producto de la molienda con un d80 aproximado a 0.710 mm (malla 25).- Tamao de la muestra: 3 Kg.- Volumen de Agua: 12 L.- Dilucin: 4:1 (L:S)- Dimetro de partcula: 0.710 (mm)- Pulpa: 20% slidos.Producto: Malla 20

Pulpa: 25% Slidos

PRODUCTOSPESO %LEY Pb %CONT. PbRADIO CONC.

Cabeza100.0019.101910.00

Concentrado20.5043.50891.754.9

Relave79.5013.301057.35

RESULTADOS BALANCE METALURGICO:Balances Metalrgicos de los Espirales Humphrey

Producto: Malla 35

Pulpa: 20% Slidos

PRODUCTOSPESO %LEY Pb %CONT. PbRADIO CONC.

Cabeza100.0019.301930.00

Concentrado28.0044.501246.003.6

Relave72.009.50684.00

Producto: Malla 65

Pulpa: 20% Slidos

PRODUCTOSPESO %LEY Pb %CONT. PbRADIO CONC.

Cabeza100.0020.282028.00

Concentrado30.5044.281350.543.3

Relave69.509.00625.50

Producto: Malla 150 y -150

Pulpa: 25% Slidos

PRODUCTOSPESO %LEY Pb %CONT. PbRADIO CONC.

Cabeza100.0020.302030.00

Concentrado34.0045.151535.102.9

Relave66.007.20475.20

CONCLUSIONES:

Los Espirales Humphreys son de gran aplicacin en la concentracin gravimtrica de minerales con una marcada diferencia de densidad especfica respecto a la ganga. La fuerza centrfuga en los espirales Humphreys empuja al lquido hacia la periferia de la espiral hasta que la corriente de la pulpa alcanza el equilibrio entre la fuerza centrfuga y la de gravedad. La concentracin por espirales se caracteriza por su alta recuperacin, pero bajo enriquecimiento, por lo que se usa en pre concentrado o como Scavenger. Los Espirales Humphrey son ms econmicos que las mesas vibratorias y concentradores centrfugos.

BIBLIOGRAFA

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ANEXOS

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