Centrífugo tratamiento de minerales

La concentración centrífuga es un método de separación por gravedad que aprovecha la diferencia en la fuerza centrífuga inercial generada por las partículas minerales en un flujo de lodo giratorio para separar las partículas en función de su densidad. En un campo gravitatorio, a medida que disminuye el tamaño de las partículas, la fuerza de sedimentación y la velocidad de sedimentación disminuyen rápidamente, y la eficiencia de separación y la capacidad de procesamiento del equipo también disminuyen en consecuencia. La fuerza centrífuga inercial generada por el flujo giratorio de la suspensión es entre diez y cien veces mayor que la gravedad, lo que aumenta considerablemente la velocidad de estratificación de las partículas minerales y mejora la capacidad de procesamiento del equipo.

Los concentradores centrífugos tienen una gran capacidad de procesamiento y un bajo coste de separación, lo que los hace adecuados para el tratamiento de minerales de grano fino; sin embargo, su índice de enriquecimiento es bajo y, por lo general, se utilizan para el desbaste.

Los concentradores centrífugos se dividen principalmente en dos categorías: los que generan fuerza centrífuga mediante la rotación del cuerpo de la máquina y los que la generan mediante el flujo giratorio rápido de la suspensión. La primera categoría incluye los concentradores centrífugos horizontales y verticales, mientras que la segunda incluye los hidrociclones de cono corto, etc.

2.7.2 Equipos de concentración centrífuga

2.7.2.1 Concentrador centrífugo horizontal

Su estructura se muestra en la figura 2-40. Fue desarrollada con éxito por la empresa Yunnan Tin Industry Company de mi país en 1964. Consta de dos partes: la unidad principal y el mecanismo de control. La unidad principal es un tambor cónico truncado colocado horizontalmente. Durante el funcionamiento, la lechada se introduce en la pared del tambor tangencialmente a través de una boquilla de alimentación plana. Mientras gira con el tambor, fluye a lo largo de la superficie axial inclinada de la pared del tambor, provocando la estratificación. Las partículas minerales más pesadas de la capa inferior se depositan en la pared del tambor, mientras que las partículas minerales más ligeras de la capa superior se descargan junto con la suspensión en el extremo posterior del tambor como residuos. Cuando las partículas minerales pesadas alcanzan un espesor determinado, se detiene la alimentación y se introduce agua a alta presión a través de la boquilla de lavado para arrastrar las partículas minerales pesadas hacia abajo y formar el concentrado. La alimentación, la parada de la pulpa, el lavado para obtener relaves y el concentrado se completan periódicamente mediante el mecanismo de control.

Figura 2-40: Estructura del concentrador centrífugo de Yunnan Tin de 800 × 600 mm

1 – Tolva de alimentación; 2 – Boquilla de lavado; 3 – Boquilla de alimentación superior; 4 – Tambor giratorio; 5 – Chasis; 6 – Canal de recepción; 7 – Cubierta protectora; 8 – Separador; 9 – Válvula de diafragma; 10 – Válvula de tres vías; 11 – Motor; 12 – Boquilla de alimentación inferior; 13 – Boquilla plana de agua de lavado

Los concentradores centrífugos utilizan la fuerza centrífuga en lugar de la gravedad en canales planos para la separación de minerales, lo que mejora el proceso de separación por película. Los concentradores centrífugos horizontales se utilizan para separar minerales de tungsteno, estaño y hierro con un tamaño de partícula de 0,15 a 0,01 mm, alcanzando índices de enriquecimiento de 1,5 a 3. El mineral de hierro puede procesarse para obtener un concentrado final, mientras que el tungsteno y el estaño requieren un ajuste más preciso con equipos adicionales para lograr el concentrado final.

Los concentradores centrífugos de chorro son un tipo de concentrador centrífugo horizontal de reciente desarrollo, creado con éxito por el Instituto General de Investigación de Minería y Metalurgia de Pekín a principios de la década de 1990. Su estructura, tal y como se muestra en la figura 2-41, consta de un tambor giratorio, una placa de distribución, un tubo de alimentación, un tubo de agua y un inyector de chorro. La suspensión se introduce directamente en el interior del tambor, mientras que el agua limpia a baja presión se introduce en la placa de distribución. El agua limpia se desborda de la placa de distribución, impulsando las partículas minerales superiores a lo largo de la pendiente longitudinal del tambor hacia el extremo de descarga. El punto de impacto variable del agua a presión crea un vertedero hidráulico alrededor de la circunferencia del tambor, lo que hace que el lecho alterne entre aflojamiento y compactación, mejorando así el efecto de cizallamiento y estratificación de la fuerza de Baynoh. El tambor de φ1200 mm gira a una alta velocidad de 600-700 rpm, generando una fuerza centrífuga entre 240 y 326 veces mayor que la gravedad, lo que permite que las partículas minerales útiles extremadamente finas se depositen en el tambor. El chorro de agua afloja el lecho, empujando los minerales más pesados del fondo hacia el interior del tambor y, finalmente, descargándolos como concentrado por la boca de descarga. El límite de recuperación del tamaño de partícula para el tratamiento de lodos de mineral de estaño fino puede alcanzar los 0,003 mm. Además de tratar lodos de mineral de estaño, también se puede utilizar para tratar lodos de grano fino difíciles de procesar, como los de oro, tungsteno, tantalio, niobio y elementos de tierras raras.

Figura 2-41: Diagrama del principio de funcionamiento de un concentrador centrífugo de chorro

1—Tambor; 2—Placa de distribución de agua limpia; 3—Tubo de alimentación; 4—Chorro de agua; 5—Salida de concentrado; 6—Salida de residuos

Los concentradores centrífugos verticales consisten en un tanque de clasificación montado verticalmente que gira sobre su propio eje. Entre los tipos más comunes se encuentran los separadores centrífugos de oro de cono y los separadores centrífugos de disco.

En la figura 2-42 se muestra la estructura de un separador cónico centrífugo de oro. El depósito de clasificación es un cono truncado invertido montado sobre un eje vertical inferior. La superficie del cono presenta ranuras anulares. La lechada se introduce en la parte inferior del disco cónico de clasificación a través de una tolva de alimentación. A medida que gira el disco cónico, la lechada fluye hacia arriba a lo largo de la pared interior y las partículas minerales se estratifican según su densidad. Las partículas más pesadas se desplazan hacia la pared del disco y entran en las ranuras, mientras que las partículas más ligeras fluyen hacia arriba con la lechada y se descargan desde la parte superior hacia la canaleta de relaves. Cuando las partículas pesadas llenan las ranuras, se detiene la alimentación y se apaga la máquina. Se abre manualmente la válvula inferior y se utiliza agua a alta presión para arrastrar las partículas pesadas hacia la canaleta de concentrado. Este equipo se utiliza principalmente para el beneficio de yacimientos de oro aluvial y el desbaste de yacimientos de oro en vetas pequeñas. El tamaño de las partículas de alimentación es de 0–10 mm. El equipo tiene una estructura sencilla, es fácil de manejar, presenta un alto índice de enriquecimiento por separación y puede alcanzar una tasa de recuperación de oro superior al 90 %, al tiempo que consume relativamente poca agua.

Figura 2-42: Separador centrífugo de cono

1—Tubo de alimentación; 2—Tapa superior; 3—Rejilla de goma; 4—Disco cónico; 5—Disco de distribución de la pasta; 6—Disco de proyección de agua; 7—Asiento del cojinete superior; 8—Polea; 9—Bastidor; 10—Asiento del cojinete inferior; 11—Eje hueco; 12—Motor; 13—Carcasa exterior

La estructura del separador centrífugo de discos se muestra en la figura 2-43, y es básicamente la misma que la del concentrador centrífugo de oro. El disco separador es un disco semiesférico con ranuras anulares en su pared interior. El proceso de separación y el método de funcionamiento son los mismos que los del concentrador centrífugo de oro. Se utiliza para separar minerales de oro aluvial y de veta de 0-10 mm. Se caracteriza por un alto índice de enriquecimiento y una alta tasa de recuperación. Sin embargo, la forma hemisférica del disco separador dificulta su fabricación.

Figura 2-43: Concentrador de disco centrífugo

1—Cubierta antis arena; 2—Depósito de residuos; 3—Disco concentrador semiesférico; 4—Motor; 5—Eje horizontal; 6—Bastidor del motor; 7—Bastidor

Figura 2-44: Hidrociclón de cono corto de φ300

1—Tubo de alimentación; 2—Tubo de rebose; 3—Orificio de salida inferior

2.7.2.3 Hidrociclón de cono corto

Su estructura se muestra en la figura 2-44. La diferencia con respecto a un hidrociclón convencional radica en el mayor ángulo del cono. El ángulo del cono del hidrociclón de cono corto es de 90° a 120°, y el cono es especialmente corto. Durante el funcionamiento, la suspensión entra en el cilindro tangencialmente desde una bomba de arena o un tanque de presión de alto nivel. La suspensión se desplaza hacia abajo en un movimiento espiral, y las partículas minerales se disponen radialmente según sus velocidades de sedimentación. Las partículas más ligeras o finas, con velocidades de sedimentación más bajas, se descargan a través del tubo de rebose central, mientras que las partículas más gruesas o pesadas se desplazan hacia la pared del recipiente y se transfieren hacia abajo. Debido al mayor ángulo del cono, la suspensión que fluye hacia abajo a lo largo de la pared del recipiente se ve obstruida, formando así un lecho giratorio en la parte inferior del cono. Dentro del lecho del hidrociclón, las partículas minerales se desagregarán y estratificarán mediante un movimiento de cizallamiento rotacional. Los minerales más ligeros se sitúan en la parte superior y son arrastrados por el líquido que fluye hacia arriba hasta el tubo de rebose para su descarga. Los minerales más pesados se sitúan en la parte inferior y se descargan por la salida de fondo.

Un hidrociclón compuesto de medio acuoso ligeramente modificado es también un tipo de hidrociclón de cono corto. Su característica principal es que consta de tres secciones de conos con diferentes ángulos de inclinación, que aumentan gradualmente de arriba abajo.

La parte inferior del hidrociclón de cono corto también puede tener forma de arco, con ranuras anulares en la superficie interior, lo que puede mejorar el índice de enriquecimiento durante el procesamiento del oro y potenciar el efecto de separación del hidrociclón de cono corto.

Los hidrociclones de cono corto se utilizan principalmente para la separación preliminar del oro aluvial y también para la preparación del carbón. En la separación de oro aluvial de menos de 1 mm, la tasa de recuperación del oro puede alcanzar el 95,1 % con una relación de enriquecimiento de diez.