MINERALURGIA:
Es la rama de la ciencia de los materiales, que se encarga de estudiar los principios físicos y los procesos a través de los cuales se realiza la separación y/o el beneficio de las diferentes especies que constituyen una mena, con el fin de aumentar la concentración de la especie valiosa o de preparar el material para etapas posteriores . La separación de las especies minerales se produce mediante la aplicación selectiva de fuerzas.
PROCESOS FÍSICOS DE SEPARACIÓN O B ENE ENEFIC FICIO IO DE MINERAL MINERALES ES
MINERAL:
Es un sólido homogéneo por naturaleza, con composición química definida pero no fija y una disposición atómica ordenada (estructura cristalina). La composición química definida y el sistema cristalino, le proporcionan a cada especie mineral unas propiedades físicas definidas: •Color •Brillo •Dureza •Resistencia mecánica •Gravedad específica •Tensión superficial •Permeabilidad Magnética •Conductividad eléctrica
CLASIF CLA SIFICACIÓN ICACIÓN DE LOS MINERA MINERAL L ES DE ACUERDO ACUERDO CON SU COMPOSICIÓN QUÍMICA Y ESTRUCTURA Sulfuros
Óxidos Carbonatos
Molibdatos
Cloruros
Fluoruros
Halogenuros
Silicatos
Sulfatos Fosfatos
Cada una de estas especies tiene unas propiedades físicas particulares que hacen que ellas respondan de forma diferente ante la aplicación de fuerzas selectivas. Los diferentes minerales que constituyen una especie a su vez responden en mayor o menor grado ante la aplicación de fuerzas que lo afecten.
MENA:
Es un agregado de minerales que puede ser tratado para obtener elementos metálicos o compuestos cerámicos, para su uso como materia prima en la fabricación o procesamiento de materiales. Una mena mena debe reunir reunir las siguiente siguientess característ características: icas: • Magnitud conside considerable, rable, para para que su explotac explotación ión y beneficio beneficio sea rentable. • La composición composición química debe ser ser adecuada adecuada para las técnicas de procesamiento y beneficio disponibles. • Las característic características as físicas físicas (granulometría (granulometría aglomera aglomeración ción y diseminación), deben permitir su concentración.
CARACT CARA CTER ERIZ IZA A CIÓ CIÓN N DE PART PA RTÍC ÍCULA ULAS S En Mineralurgia se debe hacer caracterización de las partículas a procesar, con el fin de conocer su composición química y propiedades físicas, de tal forma que puedan ser procesadas eficientemente. Las propiedades físicas más importantes que se deben conocer son: • Fo Form rma a y ta tama maño ño • Di Distr strib ibuci ución ón de tamañ tamaños os • Asociació Asociación n de las especies en una partícula partícula o en el mineral
DETERMINACIÓN DEL TAMAÑO Existen diferentes formas de medir el tamaño de una partícula o de un conjunto de partículas: • d0 = Diámetro de una esfera
•d A = Diámetro de la abertura de un tamiz • ds = Diámetro de superficie ( ds ≅ 1,28 d A) • dv = Diám Diámetr etro o en en volú volúme men n (dv ≅ 1,1 d A) • da = Diámetro del área proyectada ( da ≅ 1,4 d A)
DETERMINACIÓN DEL TAMAÑO El tamaño de las partículas provenientes de un mineral no es parámetro absoluto, ya que su forma y tamaño es irregular, por lo que es necesario definir un tamaño nominal conocido como d80. d 80: Es el tamaño de la abertura del tamiz por donde pasa el
80% de las partículas en cuestión.
TAMIZADO Proceso probabilístico de separación de las partículas de acuerdo con su su tamaño, tamaño, por por lo tanto tanto su su resulta resultado do está está suje sujeto to a errore erroress y depende de: • La cantidad cantidad de partí partícula culass alimentad alimentadas as • La frecu frecuenci encia a de la vibr vibraci ación ón • El tie tiempo mpo de tami tamiza zado do Para facilitar la reproducibilidad de los resultados del tamizado, se han establecido normas y estandarizado algunas series de tamices: •ASTM E 1170. •Serie Internacional • Se Seri rie e Tyle Tyler r
TAMIZADO SERIE INTERNACIONAL: Esta serie toma como tamiz de referencia el de abertura cuadrada de 1 mm y los tamices sucesivos corresponden a la serie cuya abertura es: 4 2 Los tamices de la serie internacional son designados de acuerdo con su abertura. SERIE TYLER: Toma como referencia el tamiz de 74 µm y cuyo diámetro de alambre es de 53 µm , su designación se realiza de acuerdo con el número de aberturas por pulgada:
SERIE SERI E TYLER TYL ER
N malla
=
25400 µ m a + da
a, es la abertura µm Da, es el diámetro del alambre µm El tamiz de referen referencia cia Tyler es el de 200 mallas mallas y los tamices tamices sucesivos sucesivos obedecen a una relación
2
o
4
2
SELECCIÓN SELECCIÓ N DE LA L A SER SERIE IE DE TAMICES Serie aritmética: El delta de abertura del tamiz es constante, es utilizado cuando la distribución del tamaño de partícula en el intervalo es uniforme. Serie Geométrica: La razón de abertura del tamiz es constante. Serie Ser ie con tamí tamízz inte intermed rmedio: io: Es útil, para obtener mayor información de rangos estrecho estr echoss de distrib distribució uciópn pn de tamaños tamaños..
SELECCIÓN SELECCIÓ N DE LA L A SER SERIE IE DE TAMICES
REPRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL TAMIZADO
La representación de los resultados del proceso de tamizado para determinar el tamaño nominal de un conjunto de partículas se puede realizar : • Med Median iante te Ta Tabul bulaci ación ón • Gr Gráf áfic icam amen ente te • Ma Mate temá mátitica came ment nte e
REPRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL TAMIZADO
REPRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL TAMIZADO
REPRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL TAMIZADO
REPRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL TAMIZADO
REPRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL TAMIZADO
REPRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL TAMIZADO
REPRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL TAMIZADO Distrib Dis tribució ución n de de Gate Gatess Gau Gaudin din Sch Schuhm uhmann ann
REPRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL TAMIZADO Distribución de Rosin Ro sin Ra Ramm mmle ler r
REPRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL TAMIZADO
REPRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL TAMIZADO
REPRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL TAMIZADO REPRESENTACIÓN MATEMÁTICA: GATES GA TES GAUDIN SCHUHMANN SCHUHMANN
M
⎛ x ⎞ F ( x ) = ⎜ ⎟ ⎝ K ⎠
LogF ( x ) = m log x − m log K F ( x ) = 1 x = K K es el módulo de tamaño y representa la abertura del tamiz por donde pasa el 100% de las partículas. M es el módulo de distribución, a mayor m, más uniforme es el producto
REPRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL TAMIZADO Distrib Dist ribuci ución ón de Gat Gates es Gau Gaudin din Sch Schuhm uhmann ann
m
REPRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL TAMIZADO REPRESENTACIÓN MATEMÁTICA: Rosi osin n Ramml mmle er o Weibu ibull ll
⎛ x ⎞ n −⎜⎜ ⎟⎟ x f ( x) = 1 − e ⎝ 0 ⎠
⎛
⎞ ⎛ ⎞ 1 ⎟⎟ − ln⎜⎜ ln ⎟⎟ ⎝ 1 − f ( x 2 ) ⎠ ⎝ 1 − f ( x1 ) ⎠ n= ln x 2 − ln x1 ln⎜⎜ ln
1
REPRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL TAMIZADO Distribución Distrib ución de Rosin Ramm Rammler ler ⎛ x ⎞ n −⎜⎜ ⎟⎟ x f ( x) = 1 − e ⎝ 0 ⎠
n
TAMIZADO DE MICROPARTÍCULAS En partículas con tamaño muy fino (micropartículas), las fuerzas electrostáticas que actúan sobre su superficie son muy altas, lo que produce aglomeración entre ellas y adhesión a los alambres de la malla de los tamices. +
+ ++ ++ + +
+
++ + - -- + -
- - -
+ ++ - + + + + + + + + -
-
-
- --
-
-
-
-
- -
-
-
-
TAMIZADO DE MICROPARTÍCULAS En este caso el tamizado en húmedo resulta una alternativa favorable para reducir o evitar el efecto de factores adicionales a los ya estudiados (masa, tiempo y frecuencia), durante la clasificación por tamaños. El tamizado en húmedo puede hacerse a la totalidad de las partículas o a las partículas retenidas en el tamiz de menor abertura, durante un tamizado previo. En tal caso, las partículas retenidas en el último tamiz son utilizadas para producir una pulpa con un líquido que generalmente es agua y posteriormente son tamizadas nuevamente con la malla más fina, tanto el pasante como el retenido son secados individualmente y pesados. En algunos algunos casos casos el retenido retenido es nuevame nuevamente nte pasado pasado en seco seco por la malla más más fina.
ANÁ A NÁL L ISIS GRANUL GRA NULOMÉTRICO OMÉTRICO EN MICRO PARTÍCULAS Otros procesos ampliamente utilizados para reducir el efecto de las fuerzas electrostáticas sobre la superficie de las partículas son: • Se Sedi dime ment ntac ació ión n • El Elut utri riac ació ión n Estos procesos son muy útiles para la clasificación por tamaños de micropartículas con tamaño inferior a 40 µm, no obstante, pueden ser utilizados para el análisis granulométrico de partículas de tamaño inferior a malla 200 (aproximadamente 75 µm).
SEDIMENTACIÓN Es el asentamiento de una partícula a través de una columna de líquido estacionario, que ofrece una fuerza de empuje en dirección contraria a la gravedad.
Fe Ff
Fg
SEDIMENTACIÓN El tamaño de las partículas puede ser determinado a partir de la ley de Stokes
dv
∑ F = m * dt Fg
= m*g
Fg
Fe =
v=
1 2
− Fe − Ff = m *
Fd * ρ f * v * A 2
(ρ s − ρ f ) * g * d 2 18 * µ
De donde: V, es la velocidad terminal de la partícula D, es el diámetro de la partícula
Ff
dv dt
=
m * ρ f * g
ρs
SEDIMENTACIÓN La ley de Stokes Stokes fue desarrollad desarrollada a para partículas partículas esféricas esféricas,, no obstante, obstante, puede ser utilizada utilizada para para determina determinarr el tamaño tamaño de micropartícu micropartículas las así estas no tengan tengan geometría esférica, ya que a este tamaño el efecto de la geometría sobre las fuerzas que interactúan sobre las partículas es casi despreciable. La ley de Stokes Stokes debe ser utilizada utilizada para para flujo viscoso, viscoso, por lo tanto, tanto, para obtener obtener resultados de gran exactitud (error inferior al 5%) se requiere que el tamaño de la partícula sea inferior a 40 µm, no obstan obstante, te, para para partíc partícula ulass inferior inferiores es a malla malla 200, 200, el error máximo obtenido en la determinación del tamaño de partícula es ligeramente superior al 5%. El tamaño tamaño mínimo mínimo que debe debe ser medido medido a partir partir de la ley ley de Stokes Stokes es de 1 µm, ya que para partículas más pequeñas las fuerzas convectivas pueden generar grandes errores y el tiempo de sedimentación puede ser excesivo. Dado que que las fuerzas fuerzas convectiva convectivass deben ser despreciable despreciables, s, el descenso descenso de las partículas se debe hacer en flujo laminar.
SEDIMENTACIÓN La sedimentación se puede realizar mediante los siguientes métodos: • Mét Método odo incr increme ementa ntall • Mét Método odo acu acumul mulati ativo vo MÉTODO INCREMENTAL
Se puede llevar a cabo mediante efecto sifón.
SEDIMENTACIÓN MÉTODO ACUMULATIVO
Puede determinarse el tamaño de partícula con hidrómetros
SEDIMENTACIÓN 100000 G * ] * ( R − G1 ) P =[ W G − G1
Donde: W = Masa (g) que pasa la malla 200. G = Gravedad especifica de la muestra. G1 = Gravedad especifica del agua. R = Lectura del hidrómetro corregida
R = Rlectura − CorrecTotal
SEDIMENTACIÓN D =
30 * n g (G − G1 )
*
L t
D = k *
L t
Donde: n = Viscosidad del medio. G = Gravedad especifica de la muestra. G1 = Gravedad especifica del agua. g = Gravedad en cm / seg2. L = Profundidad efectiva cm (determinada por tabla según la lectura del hidrómetro). t = Intervalo de tiempo desde que se inicio el cronometro hasta el momento de la medida. k = Constante que depende de la gravedad especifica de la partícula y de la temperatura.
ANÁ A NÁL L ISIS GRANUL GRA NULOMÉTRICO OMÉTRICO EN MICRO PARTÍCULAS
ELUTRIACIÓN La determinación del tamaño de partícula se realiza mediante la ley de Stokes, con un proceso similar al utilizado en sedimentación incremental, la única diferencia es que en la elutriación el fluido se desplaza en contracorriente con las partículas que descienden.
