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Universidad tecnologica de chile inacap - area minero-metalurgico – laboratorio de metalurgia extractiva
Laboratorio Nº 1
Caracterización de Partículas
Mauricio Escobar, Luis Gutiérrez, Daniel Rojas, Sergio Tejos, Nicolás Carrizo
24/04/2013
Primer informe a presentar para la asignatura de Laboratorio de Metalurgia Extractiva – Manipulación de Pulpas y Sólidos, para la carrera de Ingeniería en Minas.
I. RESUMEN
En el presente informe daremos cuenta de lo que fue la primera
experiencia de laboratorio, enfatizada en cierto modo tanto en
análisis teóricos como empíricos bajo el nombre de “Caracterización
de Partículas”.
Nuestra experiencia en el laboratorio de metalurgia extractiva tiene el
fin de estudiar los principios básicos utilizados en las distintas
operaciones unitarias de la liberación del mineral valioso, de modo
que queden aptos para su separación por métodos de concentración
tales como flotación por espumas, gravimetría, medios densos,
magnéticos, eléctricos y electromagnéticos.
Como función principal, el equipo de trabajo debe determinar
fundamentalmente la densidad del mineral de cobre asociada a un
cierto tipo de muestra en base a 3 métodos diferentes:
Método de Desplazamiento de Volumen
Picnometrìa
Balanza de Marcy
Como condición primaria la masa de las muestras deben estar secas,
por lo que los distintos métodos se diferencian en el procedimiento
seguido solo para la determinación de la densidad.
A continuación se explicaran los conceptos más relevantes de la
experiencia dentro de un marco teórico, con el fin de comprender los
procedimientos elaborados en el primer laboratorio. Seguido de esto
detallaremos el desarrollo principal para llevar a cabo la
determinación de los cálculos de densidad nombrando nuestros
objetivos principales, elección de materiales, planteamiento del
problema y su posterior solución y discusión.
Figura 1.1. Partícula de 2.5 micrones
II. INDICE
1) Resumen……………………………………………………………………..2
2) Índice…………………………………………………………………………3
3) Objetivos……………………………………………………………………..4
4) Introducción
Teórica………………………………………………………..5
5) Desarrollo del Trabajo………………………………………………………
8
6) Discusión……………………………………………………………………..1
3
7) Conclusión……………………………………………………………………
14
8) Apéndices…………………………………………………………………….1
5
9) Bibliografía…………………………………………………………………...1
9
III. OBJETIVOS
Los objetivos de este laboratorio son familiarizar al equipo de trabajo
con las técnicas más usuales de:
Manipulación de partículas sólidas en laboratorio.
Determinación de la densidad de un mineral.
Determinación de los parámetros que caracterizan la
composición de una pulpa metalúrgica.
Determinación de la densidad en relación a la distribución
granulométrica de una muestra de mineral
IV. INTRODUCCION TEORICA
Caracterización de partículas.
La caracterización de partículas y conjuntos de partículas es muy importante en
el Procesamiento de Minerales, ya que el tamaño se usa como una medida de
control para la conminución que tiene como finalidad la liberación de las especies
de interés. La conminución tiene un alto costo, por lo que se debe evitar una
sobreliberación o subliberación de la especie de interés la subliberación
ocurre cuando el grado de reducción de la partícula no es suficiente para liberar
completamente a la especie de interés. En cambio, la sobreliberación ocurre
cuando el grado de reducción de la partículas mayor que el necesario para
liberar completamente la partícula.
Figura 4.1. Representación de los grados de reducción de una partícula.
La Densidad
La densidad de una sustancia homogénea es una propiedad física que
la caracteriza y es definida como el cociente entre la masa y el
volumen de la sustancia que se trate. Esta propiedad depende de la
temperatura por lo que al medir la densidad de una sustancia se debe
considerar la temperatura de la medición. En el caso de sustancias no
homogéneas lo que obtenemos al dividir la masa y el volumen es la
densidad promedio.
La densidad es una propiedad elemental y fundamental de los
materiales, relacionada con la naturaleza de sus constituyentes y la
porosidad existente entre ellos. La densidad (ρ) se define como la
masa (M) por unidad de volumen (V), y se expresa en Kg/m3:
Figura 4.2. Formula de la Densidad
Determinada la masa y el volumen de una muestra rocosa se
conocen de forma inmediata su densidad. En los materiales porosos
tanto la masa como el volumen admiten ciertas matizaciones y, en
consecuencia, se pueden establecer distintos tipos de densidad.
Fundamentalmente se distinguen dos: "densidad de los granos
minerales" y "densidad de la roca seca". También pueden
considerarse otros tipos como la "densidad de la roca húmeda" (para
un determinado contenido en humedad) o la "densidad de la roca
corregida" (cuando en el volumen de roca no se incluyen los poros
abiertos), parámetros obtenidos en algunos ensayos.
Densidad de los Granos Minerales, (ρs), conocida también como
densidad de la fracción sólida, densidad real o densidad verdadera, se
define como la masa de material seco (Ms) por unidad de volumen de
la parte sólida de la roca (Vs), es decir, el volumen después de ser
excluidos sus espacios vacíos:
ρs = Ms / Vs
Su valor puede calcularse de forma teórica a partir de la densidad de
los minerales constituyentes, siempre que se conozca con precisión la
composición cuantitativa de la roca y la densidad de cada
componente. Experimentalmente puede obtenerse mediante el
método clásico del picnómetro (UNE-EN 1936:1999; Belikov et al.,
1967); en este caso su correcta determinación requiere una buena
pulverización y ausencia de humedad en la muestra, y que la
temperatura se mantenga constante a lo largo del ensayo. Otra
técnica utilizada es el picnómetro de helio, ya que dicho gas –inerte y
de número atómico muy bajo– se difunde por todo el espacio vacío,
permitiendo obtener el volumen del sólido; dicho volumen se
determina a partir del descenso relativo de presión que experimenta
el gas contenido en una célula, en la que eventualmente se introduce
la muestra.
Figura 4.3. Formula del Peso Especifico
Figura 4.4. Formula de la Gravedad Específica
Densidad de la Roca Seca, (ρd), conocida también como densidad de
la roca en bloque, densidad aparente o peso del volumen, se define
como la masa del material seco (Mm) por unidad de volumen total de
roca (Vt), es decir, el volumen incluyendo su parte sólida (Vm) y todos
sus espacios vacíos (Vv):
ρd = Mm / Vt
Figura 4.5. Determinación de Volumen
V. DESARROLLO DEL TRABAJO
Equipo
Cortador de Muestras Rifle
Balanza de Precisión
Probeta Graduada
Picnómetro
Mineral Oxido-Mixto
Cámara de Vacio
Maquina Tamizadora (Ro Tap) y serie de tamices Tyler o ASTM
Accesorios
Balanza de Marcy
Probeta
Pipeta
Agua
Experiencia Nº1: Desplazamiento de Volumen
Método de Arquímedes: Principio descubierto por el científico griego
Arquímedes, en donde estando un cuerpo sumergido en un fluido, se
mantiene a flote por una fuerza igual al peso del fluido. Este principio,
también conocido como la ley de hidrostática, se aplica a los cuerpos,
tanto en flotación, como sumergidos; y a todos los fluidos. El principio
de Arquímedes también hace posible la determinación de la densidad
de un objeto de forma irregular, de manera que su volumen no se
mide directamente. Si el objeto se pesa primero en el aire y luego en
el en agua, entonces; la diferencia de estos pesos igualará el peso del
volumen del agua cambiado de sitio, que es igual al volumen del
objeto. Así la densidad del objeto puede determinarse prontamente,
dividendo el peso entre el volumen.
Método de la Probeta: Es un procedimiento basado en el
desplazamiento de volumen, se medirá en una probeta graduada, se
utilizará mineral seco, se tendrá un volumen inicial de agua, se
agregará el material, midiendo el volumen que ocupa este, para
posteriormente medir el volumen final.
Procedimiento:
o Recolectamos 10 Kg de Mineral Oxidado, depositándolo dentro
de un recipiente metálico cuyo peso es de 2,6 Kg.
o Homogenizamos la muestra y procedemos a cortarla en el Rifle
o Una vez terminado el proceso de corte, seleccionamos la
muestra que a nuestro gusto es la más significativa. Esta es
masada en una balanza, en donde su peso será finalmente de
3,185 Kg.
o Ya con la muestra seleccionada comenzamos a homogenizar el
material intercalando el orden de corte. Este procedimiento se
repitió 4 veces obteniendo una muestra final de 580 gr.
Figura 5.1. Selección de Muestra y Pesado
o Luego separamos nuestra muestra en 4 partes iguales, en
donde su masa debe ser equivalente a 145 gr para una de cada
especie.
o Buscamos un vaso precipitado de 500 ml en el cual vertimos
300 ml de agua.
o Trasvasijamos el agua dentro de una probeta hasta completar
los 300 ml de agua dentro de ella.
o Anotamos su volumen inicial para luego trasvasijar nuestra
primera muestra de mineral de 145 gr a la probeta.
o Notamos que el volumen vario de 300 ml a 355 ml, es decir
vario 55 ml.
o Repetimos la misma operación para las otras 3 muestras
notando que el volumen desplazado siempre fue el mismo.
Figura 5.2. Volumen Final Desplazado
Tabla 5.1. Densidad de la muestra determinada por desplazamiento de volumen
Muestra V M ρ
1 55 ml 145 gr 2,63 gr/ml
2 55 ml 145 gr 2,63 gr/ml
3 55 ml 145 gr 2,63 gr/ml
4 55 ml 145 gr 2,63 gr/ml
Desviación Media: (2,8 – 2,63/4)* 4 = 0,17
Experiencia Nº2: Picnometrìa
El picnómetro es un instrumento sencillo utilizado para determinar la
densidad de líquidos con mayor precisión. Su característica principal
es la de mantener un volumen fijo al colocar diferentes líquidos en su
interior. Esto sirve para comparar las densidades de dos líquidos
pesando el picnómetro con cada líquido por separado y comparando
sus masas. Es usual comparar la densidad de un líquido respecto a la
densidad del agua pura a una temperatura determinada, por lo que al
dividir la masa de un líquido dentro del picnómetro respecto de la
masa correspondiente de agua, obtendremos la densidad relativa del
líquido respecto a la del agua a la temperatura de medición. El
picnómetro es muy sensible a los cambios de concentración de sales
en el agua, por lo que se usa para determinar la salinidad del agua, la
densidad de líquidos biológicos en laboratorios de análisis clínicos,
entre otras aplicaciones.
Figura 5.3. Picnómetro
Procedimiento
o Cortamos 10,14 gr de muestra bajo malla #60.
o Pesamos el picnómetro vacio 29,28 gr.
o Introducimos parte del mineral en el fondo del picnómetro
calentado previamente a llama.
o Pesamos el picnómetro con el mineral 30,889 gr.
o Luego añadimos agua al picnómetro hasta que se desplacen
gotas atreves del capilar.
o Pesamos el picnómetro, esta vez con agua y mineral 78,932 gr.
o Procedemos a vaciar el picnómetro junto con el mineral,
lavamos, secamos y volvemos añadir agua, para pesarlo sin
mineral 78,071 gr.
o Al determinar la densidad según su formulismo (especificado en
los apéndices), este nos arroja un resultado de 2.151 gr/ml.
Experiencia Nº3: Balanza de Marcy
Todos los procesos metalúrgicos de tratamiento de minerales por
Molienda-Flotación, se requiere moler hasta tamaños con la finalidad
de liberar las especies metálicas, para conseguir la máxima
recuperación metalúrgica. Para poder mover este material a través de
todos los procesos que componen una planta de beneficios,
habitualmente secuenciales hacia adelante, pero también con
recirculación, será necesario hacerlo como pulpa, es decir, una
mezcla de mineral finamente molido y agua en proporciones
variables. El control metalúrgico y operacional de la planta requiere
tener un estricto control sobre las toneladas solidas tratadas, agua
utilizada para alcanzar el porcentaje de sólidos.
Figura 5.4. Balanza de Marcy
Procedimiento
o Para calibrar la balanza, debemos llenar el recipiente metálico
con agua limpia hasta aforarlo a 1000cc. Luego colgamos en
recipiente y la aguja de la balanza debe quedar perfectamente
vertical.
o Se llena el recipiente para la pulpa con 10,5 lts de agua limpia.
o Se añaden 7 Kg de material.
o Homogenizamos la pulpa dentro del recipiente mayor
mezclando de manera circular y contra las agujas del reloj.
o Vertimos el recipiente metálico de forma horizontal dentro del
más grande y nuestro ayudante deberá seguir homogenizando
la mezcla de la misma manera.
o Sacamos el recipiente metálico del balde con los orificios
tapados y procedemos a colgarlo en la balanza, la cual nos
marcara una densidad porcentual de un 40 % en 2,8 Kg/Lt.
Estos datos van a representar la lectura de la gravedad
específica de la masa en seco. El 60% restante representara la
densidad porcentual de la pulpa que vendría siendo 2,5 Kg/Lt.
VI. DISCUSION
El método más confiable a nuestro parecer es el de la Balanza de
Marcy, debido a que arroja resultados de menor error: el error esta
determinado únicamente por la sensibilidad de la balanza, que es
mucho menor que el de la probeta por ejemplo.
La desventaja de este método es que aporta un resultado de
densidad relativa, es decir, se requiere de un líquido patrón.
De la misma forma el método de desplazamiento utiliza instrumentos
sensibles, que tampoco son aptos para ser utilizados en planta
concentradora, este método queda desplazado a un segundo lugar
por tener una tasa más elevada de error (5% aprox.).
Por otra parte, en nuestro caso el tener un exceso de fino, no nos
arrojo una dispersión de datos como esperábamos, ya que las
muestras adolecen de mineral de mayor granulometría. Por esta
razón las 4 muestras en la
experiencia de desplazamiento de volumen, nos arrojaron datos
exactamente iguales y sin error alguno.
VII. CONCLUSION
Se pudo reconocer el nivel de precisión y exactitud de cada uno de
los métodos, también se pudo reconocer los errores más comunes
asociados a cada uno de ellos en cuanto a nivel instrumental y
operacional.
Con todo lo anterior, el grupo pudo determinar las fortalezas de cada
método para poder aplicarlo a nivel práctico en la minería productiva.
VIII. APENDICES
a. Formulismo Desplazamiento por Volumen
La densidad se expresa como:
ρmx = Mm/Vf-ViDonde:
Mm: Masa Mineral
Vi: Volumen Inicial
Vf: Volumen Final
Vm-Vt-VAgua
ρmx = Mm/VmDonde:
Vt: Volumen Total
VAgua: Volumen del Agua
Vm: Volumen del Mineral
b. Formulismo Picnometrìa
La densidad se expresa como:
ρmx = M-V/A+M-J-VDonde:
M: Masa picnómetro con mineral
V: Masa picnómetro vacio
A: Masa picnómetro con agua
J: Masa picnómetro con mineral y agua
c. Formulismo Balanza de Marcy
La densidad se expresa como:
ρp = Mp/VpDonde:
Mp: Masa de la Pulpa
Vp: Volumen de la Pulpa
La masa de la pulpa se expresa como:
Mp = MAgua + Mm
Donde:
MAgua: Masa del Agua
Mm: Masa Mineral
El porcentaje que representa la masa del mineral en la masa de la
pulpa se expresa como:
Cp = Mm/Mp x 100
d. Consultas y Preguntas
1. ¿Cuál es el error porcentual obtenido en la medición de cada
sustancia?
Desplazamiento por Volumen: (2,8-2,63/2) * 100 = 8,5% de
error
Picnometrìa: (2.8-2.15/2) * 100 = 32.5% de error
2. ¿Cuáles son las fuentes de error más comunes que pueden
presentarse en la medición de la densidad de un líquido por el
método usado?
Desplazamiento de agua: Tener diferentes instrumentos para
realizar la medida, que distintas personas realicen la
medición puede dar más veracidad a la medición, pero por
otro lado puede causar por defecto el error fundamental en
las mediciones.
Picnómetro: no realizar el paso a paso o realizar mal las
mediciones correspondientes.
Balanza Marcy: no tener el porcentaje exacto de la cantidad
de solido en la pulpa.
3. ¿Cuáles son las fuentes de error más comunes que pueden
presentarse en la medición de la densidad de un sólido por el
método usado?
A) No haber estandarizado la balanza donde se van a pesar
las muestras.
B) Cálculos mal realizados.
C) Temperatura tomada con un termómetro no calibrado.
D) Procedimiento mal hecho.
E) Picnómetro no calibrado.
El método más utilizado y con menos porcentaje de error es el
desplazamiento de volumen, debido a que tenemos de forma
clara todas las mediciones previas para el cálculo de la
densidad propuesta.
4. ¿Que comportamiento encontró en cada caso?
La diferencia en el valor de las densidades fue el
comportamiento más inesperado debido a los distintos
medios con los cuales se realizaron las mediciones, siendo el
mismo material se esperaba una densidad "estándar" pero
por razones de errores se obtuvieron distintas mediciones.
5. ¿Qué diferencias se presentan las graficas de la masa contra el
volumen de ambas sustancias?
6. ¿Qué representa la pendiente de las graficas halladas?
7. En base a los resultados obtenidos por cada sustancia ¿Cuál es
la masa de 1 litro de cada una de ellas?
8. ¿Qué volumen ocupan 1000 Kg de cada una de las sustancias a
las que se les calculo la densidad?
145 gr -> 55 ml desplazados
1.000.000 gr -> x ml
x = 379.310 ml desplazados (379,31 Lt)
9. ¿Qué limitaciones tiene el método que se uso para medir la
densidad del solido?
Las limitaciones tienen que ver con el volumen del mineral, es
decir, el mineral debe tener un diámetro mínimo al diámetro
del instrumento para así medir para que de esta manera
pueda ingresar y sumergirse en su totalidad.
Otra limitación es el peso del material a medir, teniendo en
cuenta que el material debe tener mayor densidad que el
liquido donde se sumerge.
10. A partir de las precisiones de la medición de la masa con
la balanza utilizada y de la medición del volumen con la probeta
¿Cómo se propaga el error en la determinación de la densidad?
¿Cuántas cifras son significativas en el valor de la densidad
obtenida en cada caso?
En el desplazamiento de volumen se realizaron las medidas y
siempre se obtuvo el mismo desplazamiento de agua, dejando
en cifras despreciables o nulas las cifras de error.
11. Compare los resultados para la densidad del agua con los
diferentes miembros del equipo
12. ¿En qué intervalo de densidad se encuentra la densidad
del agua de los miembros del equipo?
En todos los grupos variaba la densidad en 2.5 gr/cc y 2,66
gr/cc
13. ¿Cuál es la ventaja básica del picnómetro en la
determinación de densidades en comparación con la densidad
obtenida con el método de la práctica anterior?
El picnómetro tiene la ventaja de poder trabajar con sólidos
muy pequeños (bajo la malla #60)
IX. BIBLIOGRAFIA
Apuntes de Clases
Química General, Raimund Chang, Sexta Edición
Guía de Caracterización de Partículas y Suspensiones de la
Universidad Arturo Prat de Chile (Preparación Mecánica de
Minerales)