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Técnicas experimentales de metalurgia y química
Laboratorio N°2:
“Muestreo y medición de distribución granulométrica”
Profesor: Jaime Simpson A.
Ayudante: Martín Pino C.
Estudiantes: Gonzalo Muñoz.
Rodrigo Seco.
Fecha experiencia: / /09
Fecha de entrega: 09/12/09
Segundo Semestre
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENERIA
DEPARTAMENTO DE METALURGIA
ResumenDando inicio al segundo laboratorio de técnicas experimentales, se procedió a cuartear 10 kg de
mineral 100% bajo 10# Tyler de muestra y extraer 6 muestras representativas de por igual cada
una.
Por una parte, luego de pesar los molinos que procesaran las 5 primeras muestras, se
calcula la cantidad de agua necesaria midiendo el volumen de dichos contenedores hasta
una marca previa, para luego extraerlas, filtrarlas, secarlas y tamizarlas según la siguiente
tabla.
tiempomolienda
70 15 min
70 25 min
65 15 min
60 25 min
Así poder analizar las masas de cada porción de tamices y calcular la distribución
granulométrica, la cual debería ser de porcentaje bajo 200# para los ensayos de molienda.
Por otro lado una sexta muestra se llevo directamente a tamizaje durante 15 minutos, luego
se realizo un análisis granulométrico, con la idea de obtener porcentaje bajo 65#.
Cabe mencionar que para los volúmenes de los molinos medidos en
molienda, se estimo la masa de bolas a emplear, bajo algunos supuestos
que serán explicados mas adelante.
Índice 1. Introducción………………………………………………………………………..... 4
2. Objetivos………………………………………………………………………………. 5
2.1 Objetivos principales……………………………………………………………... 5
2.2 Objetivos secundarios…………………………………………………………….. 5
3. Base teórica………………………………………………………………………...... 6
3.1 Definiciones relevantes…………………………………………………………... 6
4. Procedimiento experimental…………………………………………………….…. 8
4.1 Maquinas e instrumentos………………………………………………………… 8
4.2 Materiales………………………………………………………………………… 8
4.3 Procedimientos…………………………………………………………………… 9
5. Resultados…………………………………………………………………………….. 10
5.1 Resultados extracción de muestras representativa con proceso de molienda.11
5.1.1 Resultado primera muestra 70 Cp – 15 min …………………………….. 11
5.1.2 Resultado segunda muestra 70 Cp – 25 min ……………………………. 12
5.1.3 Resultado tercera muestra 65 Cp – 15 min ……………………………… 14
5.1.4 Resultado cuarta muestra 60 Cp – 15 min ……………………………….. 16
5.1.5 Resultado quinta muestra 60 Cp – 25 min ……………………………….. 18
5.1.6 Gráficos de 65# y 200# ………………………………………………….. 21
5.2 Resultados extracción de muestras representativa sin proceso de molienda .. 23
6. Análisis y discusión …………………………………………………………………. 25
6.1 Análisis Rodrigo Seco …………………………………………………………… 25
6.2 Análisis Gonzalo Muñoz ………………………………………………………… 26
7. Conclusiones ………………………………………………………………………… 27
7.1 Conclusiones Rodrigo Seco…………………………………………………….. 27
7.2 Conclusiones Gonzalo Muñoz ………………………………………………… 27
8. Bibliografía…………………………………………………………………………… 28
9. Anexos……………………………………………………………………………........ 28
1. Introducción
Así como la economía es tan impredecible debido a la multiplicidad de variables
que la afectan, también lo es la industria metalúrgica, la volatilidad de precios de
minerales y metales, su oferta y demanda, y diversidad de tamaños del particulado
de la mena. Por lo tanto es de suma importancia controlarlos adecuadamente; es
mas, de los tratamiento de mineral, el que mas energía consume, o sea el mas
costoso para la empresa, son los procesos de molienda y chancado. Por ende los
ingenieros metalúrgicos se enfrentan frecuentemente al problema de determinar los
tamaños de las partículas en las diferentes etapas con el fin de controlar y evitar
pérdidas considerables en el tratamiento.
Es relevante también para la programación del proceso de distintos frentes de
explotación, evaluar la operación global y control metalúrgico en una planta de
procesamiento de minerales y valorar los concentrados y productos finales.
Es una medición muy variable además, ya que las partículas de mineral que se
trabajan son muy irregulares y distintas unas de otras por su propiedad misma, la
cual dificulta su tratamiento porque no se pueden estandarizar exactamente. Se
observa finalmente en el experimento…….
2. Objetivos
2.1 Objetivos Principales
Evaluar el efecto del % sólido en la etapa de molienda secundaria de minerales
Determinar el porcentaje sólido óptimo.
Aprender y experimentar técnicas de muestreo granulométrico.
Evaluar el efecto del tiempo de agitación.
2.2 Objetivos secundarios
Introducir al aprendizaje el modo correcto de utilizar ciertas maquinas y
herramientas esenciales para las granulometría.
Obtener datos experimentales cercanos a los teóricos.
Reconocer la importancia de una muestra bien determinada.
Aprender a confeccionar un buen informe de laboratorio y obteniendo una buena
calificación
3. Base teórica
3.1 Definiciones relevantes.
Mena: llamaremos al conjunto de mineral más ganga.
Lote: porción cuyo material se desea estimar.
Muestra: porción representativa del lote.
Partícula: unidad compacta e indivisible de material durante una operación de
selección.
Tamiz: Malla metálica para el cribado de la piedra,
reteniendo las de mayor tamaño de la anchura de la
malla.
Molino de bolas: Un cilindro que usa bolas de acero como medio molienda. El
molino es usado para moler el mineral tan fino como sea posible
Ro-tap: Maquina con la que se agitan los tamices,
moviéndose tanto vertical, como horizontalmente.
Granulometría
Es la medición de los granos de una formación sedimentaria y el cálculo de la
abundancia de los correspondientes a cada uno de los tamaños previstos por una
escala granulométrica.
El método de determinación granulométrico más sencillo es hacer pasar las
partículas por una serie de mallas de distintos anchos de entramado (a modo de
coladores) que actúen como filtros de los granos que se llama comúnmente columna
de tamices. Pero para una medición más exacta se utiliza un granulómetro láser,
cuyo rayo difracta en las partículas para poder determinar su tamaño.(1)
4. Procedimiento experimental
Partícula Tamaño
Arcillas <0,002 mm
Limos 0,002-0,06 mm
Arenas 0,06-2 mm
Gravas 2 mm-6 cm
Cantos rodados 6-25 cm
Bloques >25 cmm
4.1 Maquina e instrumentos
Paño rodeador (1-1.2 mt2) de cuerina
Pala de trabajo muestreo
Molinos de bolas
Rotador de molinos
Balanzas digitales.
Regla 40 cm
Set de tamices
Ro-tap
Maquina de presión de aire
Maquina de filtrado por presión se aire
Horno
Bandejas metálicas
Brochas
Espátulas
4.2 Materiales
Mineral de granulometría fina (100% bajo 10#Tyler)
Agua
Papel de diario
Bolsas plásticas
4.3 Procedimientos
4.3.1 Extracción de muestras representativa con proceso de molienda.
Cuidadosamente se extraen 10 kg de mineral y se rolea 20 veces.
Se utiliza el método de paleo alternado para separar seis muestras representativas de
50 gr cada una.
Se guardan con una espátula dichas muestras en bolsas.
Se masan las bolas de cada molinos.
Se mide el volumen de los molinos para calcular la cantidad de agua necesaria para
el proceso.
Se procede a introducir el mineral, las bolas y el agua a cada uno de los molinos.
Se llevan estos “rotador de molinos”
Los tiempos: 1-15 min 2-15 min 3-25 min 4-25 min 5-15 min
Se vacían los molinos en una fuente cuadrada metálica, a través de un filtro para las
bolas, disparándole agua para asegurarse de vaciar todo el mineral.
Se procede a probar los filtros a presión de aire con un poco de agua, poniendo
papel de diario por debajo.
Luego de probadas dichas maquinas se realiza el filtro de todas las muestras.
Luego se saca la “torta” y se lleva al horno, para ser secado.
Se retiran las muestras ya secas y se pasan cada una por el set de tamices.
Se masan los harneros con el mineral dentro.
Se anotan los datos.
4.3.1 Extracción de muestras representativa con proceso sin molienda.
Cuidadosamente se extraen 10 kg de mineral y se rolea 20 veces.
Se utiliza el método de cono y cuarteo para separar 6 muestras representativas de
aproximadamente 166, 6 gr cada una.
Se guardan con una espátula dichas muestras en bolsas.
Se masan los tamices.
Se procede a introducir un de las muestras al ro-tap durante 15 min.
Se vuelven a masar los tamices con el mineral dentro.
Se anotan los datos.
5. Resultados
Para el análisis granulométrico se emplearon 11 tamices cuyas aberturas se ilustran en la
tabla 5.1.
Tabla 5.1 Mallas y sus respectivas aberturas en μm.
malla abertura log(abertura)
10 1700 3,230
14 1180 3,072
20 850 2,929
28 600 2,778
35 425 2,628
48 300 2,477
65 212 2,326
100 150 2,176
150 106 2,025
200 75 1,875
270 53 1,724
5.1 Resultados extracción de muestras representativa con proceso de molienda.
5.1.1 Resultado primera muestra 70 Cp – 15 min.
De la muestra seleccionada para ser sometida a molienda durante 15 min con un Cp
=
70 (983,6 g), tras ser filtrada y secada se sometió a un análisis de granos que arrojó
los datos de la Tabla 5.5, Además sabiendo el volumen del molino Vm
, la densidad
de acero ρb
, el nivel de llenado Jb
y la porosidad del fondo ε se estimo la masa de
bolas Mb
necesaria para la molienda (ver fórmula en el apéndice).
Tabla 5.5 Retenidos y Pasante de la muestra 70 Cp - 15 min.
abertura
Retenido
parcial
retenido
parcial %
retenido
acumulado
%
pasante
acumulado
%
log
(pasante)
1700 0,4 0,0 0,0 99,96 2,000
1180 3,1 0,3 0,4 99,64 1,998
850 2,9 0,3 0,7 99,35 1,997
600 6,7 0,7 1,3 98,67 1,994
425 1,2 0,1 1,5 98,55 1,994
300 8,2 0,8 2,3 97,71 1,990
212 51,7 5,3 7,5 92,46 1,966
150 150,7 15,3 22,9 77,14 1,887
106 242,8 24,7 47,5 52,45 1,720
75 360,7 36,7 84,2 15,78 1,198
53 107,0 10,9 95,1 4,90 0,690
-53 48,2 4,9 100,0 0,00
La figura 5.1 muestra como se comporta la muestra 70 Cp
– 15 min respecto a la original
Figura 5.1 Alimentación y Descarga 70 Cp
– 15 min
5.1.2 Resultado segunda muestra 70 Cp – 25 min.
Para realizar la molienda de esta muestra (776,5 g) se empleó un molino de
Volumen 5111,74 cm
3
, por lo tanto 9569,18 g de bolas de acero, luego se filtrar,
secar y rolear la muestra se sometió a un análisis de granos que arrojó la Tabla 5.7.
Tabla 5.7 Retenidos y Pasante, para en análisis de granos de la muestra 70 Cp - 25 min.
abertura Retenido
parcial
retenido
parcial %
retenido
acumulado
pasante
acumulado
log
(pasante)
% %
1700 0,2 0,03 0,03 99,97 2,000
1180 0,0 0,00 0,03 99,97 2,000
850 0,0 0,00 0,03 99,97 2,000
600 2,7 0,35 0,37 99,63 1,998
425 1,2 0,15 0,53 99,47 1,998
300 1,0 0,13 0,66 99,34 1,997
212 8,4 1,08 1,74 98,26 1,992
150 60,4 7,78 9,52 90,48 1,957
106 141,2 18,18 27,70 72,30 1,859
75 170,8 22,00 49,70 50,30 1,702
53 206,5 26,59 76,29 23,71 1,375
-53 184,1 23,71 100,00 0,00
La Figura 5.2 muestra como se comporta la muestra 70 Cp
– 25 min respecto a la
Alimentación.
Figura 5.2 Alimentación y Descarga 70 Cp
– 25 min
5.1.3 Resultado tercera muestra 65Cp – 15 min
Esta muestra fue de 941,7 g, el molino que se ocupo para la molienda tenía un
volumen de 5111,74 cm
3
, por lo tanto 9569,18 g de bolas de acero, luego se filtrar,
secar y rolear la muestra se sometió a un análisis de granos que arrojó la Tabla 5.8.
Tabla 5.8 Retenidos y Pasante de la muestra 65 Cp - 15 min.
aberturaRetenido parcial
retenido parcial %
retenido acumulado %
pasante acumulado %
log (pasante)
1700 0,0 0,00 0,00 100,00 2,000
1180 0,1 0,01 0,01 99,99 2,000
850 0,1 0,01 0,02 99,98 2,000
600 0,4 0,04 0,06 99,94 2,000
425 1,3 0,14 0,20 99,80 1,999
300 9,9 1,05 1,25 98,75 1,995
212 66,0 7,01 8,26 91,74 1,963
150 156,8 16,65 24,91 75,09 1,876
106 288,5 30,64 55,55 44,45 1,648
75 299,3 31,78 87,33 12,67 1,103
53 75,0 7,96 95,30 4,70 0,672
-53 44,3 4,70 100,00 0,00
La Figura 5.3 muestra como se comporta la muestra 65 Cp
– 15 min respecto a la
Alimentación.
Figura 5.3 Alimentación y Descarga 65 Cp
–25 min
5.1.4 Resultado cuarta muestra 60Cp – 15 min
Esta muestra fue de 974,6 g, el molino que se ocupo para la molienda tenía un
volumen de 5111,74 cm
3
, por lo tanto 9569,18g de bolas de acero, luego se filtrar,
secar y rolear la muestra se sometió a un análisis de granos que arrojó la Tabla 5.9.
Tabla 5.9 Retenidos y Pasante de la muestra 60 Cp - 15 min.
aberturaRetenido parcial
retenido parcial %
retenido acumulado %
pasante acumulado % log (pasante)
1700 1,5 0,15 0,15 99,85 1,999
1180 3,2 0,33 0,48 99,52 1,998
850 1,1 0,11 0,60 99,40 1,997
600 3,0 0,31 0,90 99,10 1,996
425 3,6 0,37 1,27 98,73 1,994
300 24,8 2,54 3,82 96,18 1,983
212 86,2 8,84 12,66 87,34 1,941
150 169,6 17,40 30,06 69,94 1,845
106 214,4 22,00 52,06 47,94 1,681
75 268,4 27,54 79,60 20,40 1,310
53 133,5 13,70 93,30 6,70 0,826
-53 65,3 6,70 100,00 0,00
La Figura 5.4 muestra como se comporta la muestra 60 Cp
– 15 min respecto a la
Alimentación.
Figura 5.4 Alimentación y Descarga 60 Cp
–15 min
5.1.5 Resultado quinta muestra 60Cp – 25 min
Esta muestra fue de 811,0 g, el molino que se ocupo para la molienda tenía un
volumen de 4987,59 cm
3
, por lo tanto 9336,77g de bolas de acero, luego se filtrar,
secar y rolear la muestra se sometió a un análisis de granos que arrojó la Tabla 5.10.
Tabla 5.19 Retenidos y Pasante de la muestra 60 Cp - 25 min.
aberturaRetenido parcial
retenido parcial %
retenido acumulado %
pasante acumulado % log (pasante)
1700 0,2 0,02 0,02 99,98 2,000
1180 0,1 0,01 0,04 99,96 2,000
850 0,1 0,01 0,05 99,95 2,000
600 0,1 0,01 0,06 99,94 2,000
425 0,3 0,04 0,10 99,90 2,000
300 0,9 0,11 0,21 99,79 1,999
212 12,4 1,53 1,74 98,26 1,992
150 75,8 9,35 11,09 88,91 1,949
106 206,6 25,47 36,56 63,44 1,802
75 276,5 34,09 70,65 29,35 1,468
53 148,9 18,36 89,01 10,99 1,041
-53 89,1 10,99 100,00 0,00
La Figura 5.5 muestra como se comporta la muestra 60 Cp
– 25 min respecto a la
Alimentación.
Figura 5.5 Alimentación y Descarga 60 Cp
–25 min
5.1.6 Gráficos de 65# y 200#
Tabla 5.20 Tiempo v/s porcentaje de sólido para la malla 65#
60 Cp 65 Cp 70 Cp15 min 87,34% 91,74% 92,46%25 min 98,26% 98,26%
Figura 5.6 Efecto del porcentaje de sólido para la malla de corte 65#
Figura 5.7 Efecto del tiempo para la malla de corte 65#
Tabla 5.21 Tiempo v/s porcentaje de sólido para la malla 200#
60 Cp 65 Cp 70 Cp15 min 20,4 % 12,67% 15,78%25 min 29,35% 50,3%
Figura 5.8 Efecto del porcentaje de sólido para la malla de corte 200#
Figura 5.9 Efecto del tiempo para la malla de corte 200#
5.2 Resultados extracción de muestras representativa sin proceso de molienda
De la muestra que no se sometió a molienda (1000 g), tras realizar el análisis de
granos se obtuvo la Tabla 5.2.
Tabla 5.2 Abertura de la malla en μm y sus respectivos pesos retenidos y al pasante
acumulado con su respectivo logaritmo para la alimentación.
Retenido
parcial
retenido
parcial %
retenido
acumulado
%
pasante
acumulado
% log (pasante)
1700 1,3 0,13 0,13 99,87 1,999
1180 75,9 7,59 7,72 92,28 1,965
850 114,2 11,42 19,14 80,86 1,908
600 145,2 14,52 33,66 66,34 1,822
425 124,2 12,42 46,08 53,92 1,732
300 89,5 8,95 55,03 44,97 1,653
212 93,4 9,34 64,37 35,63 1,552
150 75,7 7,57 71,94 28,06 1,448
106 50,3 5,03 76,97 23,03 1,362
75 53,1 5,31 82,28 17,72 1,248
53 44,6 4,46 86,74 13,26 1,123
-53 132,6 13,26 100,00 0,00
La relación entre el log (abertura) y Log (pasante) esta ilustrada en la Figura 5.1
Figura 5.1 Gráfico Log (Pasante) v/s Log (Abertura) para la alimentación
6. Análisis y discusión
6.1 Análisis Rodrigo Seco
Antes comenzar con la discusión de resultados, cabe mencionar que para el análisis
de las tablas obtenidas la diferencia de masa final respecto de la ingresada al rotap
fue sumada al fondo, suponiendo que esta perdida se debe principalmente a material
particulado extremadamente fino que se suspendió en le aire.
De los datos obtenidos al someter las distintas muestras a molienda, variando tanto
sus tiempos como Cp, se puede aducir que la molienda más efectiva en la
experiencia fue la de 70 Cp – 25 min dado que su razón de reducción fue la mayor.
Si se considera el efecto del porcentaje de sólidos para la malla de corte 65#, es
claro que para los 15 min el pasante acumulado esta al alza, al aumentar el Cp
aumentaría el pasante para la malla 65#, en cambio para los 25 min el pasante no
varía pero es mayor a los pasantes de los 15 min. Para la malla 200# el porcentaje
pasante es mayor, a mayor tiempo además marca un alza al considerar las moliendas
de 25 min y un estancamiento en las moliendas de 15 min.
Si se considera el tiempo de molienda para la malla 65# la muestra de 60 Cp a los
15 min marca un alza mientras que la de 70 Cp se estanca en el 98% por lo tanto se
podría asumir que el tiempo optimo para reducir la muestra bajo la malla 65# se
encuentra entre 15 y 25 min. Para la malla 200#, es claro que ambas están al alza
siendo mayor la pendiente de las muestras de 70 Cp por lo tanto la taza de cambio
entre abertura y tiempo es mayor lo que nos indicaría que a 70 Cp a un mayor
tiempo la cantidad Pasante bajo 200# sería mucho mayor, lo que concuerda con lo
dicho anterior mente respecto a las razones de reducción
6.2 Análisis Gonzalo Muñoz
En primer lugar se analizan las 5 muestras que se trataron con molino de bolas, las
cuales varian tanto en tiempo como porcentaje de sólido. Al observar las cinco
graficas es claro señalar que comparando las de 15 min con las de 25 min, el
porcentaje pasante del menor tiempo tiende a ser menor en ambas mallas (65y 200)
para los tres porcentajes de sólido, de lo que se deduce que el tiempo en los molinos
determina la eficacia de la molienda solo hasta un tiempo máximo en el que deja de
ser relevante (25min) ya que las curvas se mantienen alrededor de 2% del pasante
acumulado. Dualmente con el porcentaje de agua en el flujo, que al ser mayor
optimiza el tratamiento, también hasta un limite. Por lo tanto el es claro que la
molienda efectiva es la de 25 min y mayor Cp, pero que por los datos obtenidos, si
se aumentara en exceso el tiempo y el Cp, no mejoraría el proceso a niveles óptimos
en cuanto a costos se refiere.
Por otro lado al verificar estos resultados con los del ensayo sin molienda se aprecia
la desventaja de no procesar el mineral.
Todo lo anterior además se corrobora por las razones de reducción que se obtienen.
En segundo lugar las tablas de tiempo versus porcentaje de ambos cortes (65# y
200#) se aprecia, a diferencia de lo anterior mencionado, que entre el porcentaje de
65% y 70% de sólidos de malla 200# hay una disminución en cuanto al 60 de Cp, lo
cual probablemente se deba a la diferencia de la cantidad pasante acumulado que se
definió en el corte de 65#, lo cual sustente las deducciones antes planteadas.
7. Conclusiones.
7.1 Conclusión Rodrigo Seco
Los objetivos se cumplieron a cabalidad dado que se pudo evaluar el efecto del
porcentaje de sólidos en la molienda secundaria como quedó plasmado en la Tabla
5.21, Figura 5.9 y Figura 5.10, además se determinó el porcentaje de sólidos y
tiempo óptimo para todos los ensayos realizados y por último se conocieron los
diferentes instrumentos para realizar análisis granulométricos y moliendas en
laboratorio.
7.2 Conclusión Gonzalo Muñoz
Se aplicaron correctamente las técnicas de muestreo y la correcta manipulación
de instrumentos anteriormente aprendidas porque todas las mediciones
experimentales fueron cercanas a las teóricas.
Se evaluó correctamente el % sólido en la etapa de molienda, los gráficos fueron
similares y las perdidas dentro del rango optimo.
El tiempo óptimo de molienda se encuentra cercano a 25 min. ( Solo bajo
parámetros experimentales)
El Cp óptimo de molienda se encuentra cercano a 70 porciento. ( Solo bajo
parámetros experimentales
El operador manual en la extracción y preparación de muestras, es un factor
determinante, generalmente negativo.
El proceso se determina por el tiempo de agitación y el porcentaje de agua en la
mezcla del mineral, solo hasta un tiempo y Cp determinado.
Al aumentar en exceso ambas definiciones solo se consigue disminuir las
utilidades de la empresa. De ahí la relevancia de llevar a cabo un correcto
muestreo y medición de distribución granulométrica supervisada por un
ingeniero.
8. Bibliografía.
(1) es.wikipedia.org/Wiki/picn%c3%BBmetro, pag 1
(2) Preparación mecánica de minerales, Jaime Tapia, cap 2, pag 7-8
(3) Técnicas experimentales en ingeniería metalúrgica, Luis Magne, pag 14-15 y 19
9. Anexos
Agua ingresada al molino , Dado el porcentaje de sólidos Cp y sabiendo la masa
de mineral a ocupar en el ensayo .
Para estimar los valores del y calcular los de los distintos ensayos se ocupó
una interpolación mediante la siguiente expresión, se ocupará como ejemplo lo
usado para determinar el , es caso análogo para los .
El nos indica la abertura de la malla por la que pasa el 80% de la muestra, por lo
tanto se debe considerar el intervalo qe contiene el 80% pasante en el pasante
acumulado y además conoces las distintas aberturas dicho intervalo se muestra a
continuación para mejor comprensión.
abertura pasante acumulado %
850 80,86
600 66,34
Según lo anterior el está dado por la siguiente expresión
de lo que resulta
Razón de reducción.
, para cada uno de los ensayos.