¿Qué es un molino de bolas?

Según la forma en que se imprime movimiento a la carga, los molinos de trituración se clasifican generalmente en dos tipos: molinos de tambor y molinos de agitación. En los molinos de tambor, se hace girar la carcasa del molino y el movimiento se imprime a la carga a través de dicha carcasa. El medio de trituración puede consistir en varillas de acero, bolas o la propia roca. El tamaño de las bolas de molienda, por ejemplo, oscila entre unos 20 mm para la molienda fina y 150 mm para la molienda gruesa. Los molinos de tambor se emplean habitualmente en la industria minera para la molienda primaria, en la que las partículas de entre 5 mm y 250 mm se reducen a un tamaño de entre 25 μm y 300 μm. En los molinos de agitación, la carcasa del molino está montada de forma fija, ya sea en posición horizontal o vertical, y el movimiento se transmite a la carga mediante el movimiento de un agitador interno. Los medios de molienda (de 25 mm o menos) del interior del molino son agitados o girados por el agitador, que suele constar de un eje central al que se fijan tornillos, pasadores o discos de diversos diseños. Los molinos con agitador se utilizan para la remolienda, la molienda fina (15-40 μm) y la molienda ultrafina (-15 μm).

Los molinos de tambor se clasifican en tres tipos básicos: de barras, de bolas y autógenos/semiautógenos (AG/SAG), según el tipo de medios de molienda (los molinos SAG son molinos AG que incorporan algunas bolas de molienda). Desde el punto de vista estructural, cada tipo de molino consta de una carcasa cilíndrica horizontal, provista de revestimientos de desgaste renovables y una carga de medios de molienda. El tambor está apoyado de manera que gira sobre su eje mediante muñones huecos fijados a las paredes de los extremos. El diámetro del molino determina el impacto que pueden ejercer los medios de molienda sobre las partículas de mineral y, en general, cuanto mayor sea el tamaño de la carga, mayor deberá ser el diámetro del molino. La longitud del molino, junto con el diámetro, determina el volumen y, por lo tanto, la capacidad del molino.

Los molinos de barras y los molinos de bolas se clasifican según el tipo de descarga. El tipo de molino de barras más utilizado en la industria minera es el de desbordamiento por muñón (fig. 5.9), en el que el material se introduce por un muñón y se descarga por el otro. Se crea un gradiente de flujo

Molino de bolas de desbordamiento

haciendo que el diámetro del muñón de descarga (desbordamiento) sea entre 10 y 20 cm mayor que el de la abertura de alimentación. El muñón de descarga suele ir equipado con una criba en espiral (trommel) para eliminar los materiales extraños.

Las etapas finales de la trituración primaria se llevan a cabo en molinos giratorios que utilizan bolas de acero como medio de molienda, por lo que se denominan “molinos de bolas”. Dado que las bolas tienen una mayor superficie específica por unidad de peso que las varillas, son más adecuadas para la molienda fina. El término «molino de bolas» se reserva para aquellos que tienen una relación longitud-diámetro de 2 a 1 o inferior. Los molinos de bolas en los que la relación entre la longitud y el diámetro está comprendida entre 3 y 5 se denominan molinos tubulares. Estos últimos a veces se dividen en varios compartimentos longitudinales, cada uno con una composición de carga diferente; las cargas pueden ser bolas o varillas de acero, o guijarros, y a menudo se utilizan en seco para moler clinker de cemento, yeso y fosfato. Los molinos tubulares que tienen un solo compartimento y una carga de partículas duras de mineral cribadas como medio de molienda se conocen como molinos de guijarros. Presentan una ventaja frente a los molinos de bolas cuando es necesario evitar la contaminación por hierro. Dado que el peso de los guijarros por unidad de volumen es de aproximadamente entre el 35% y el 55% del de las bolas de acero, y dado que la potencia consumida es directamente proporcional al peso de la carga, el consumo de potencia y la capacidad de los molinos de guijarros son, en consecuencia, menores. Por lo tanto, en un circuito de molienda determinado, para una determinada tasa de alimentación, un molino de guijarros sería mucho más grande que un molino de bolas, con un coste de inversión correspondientemente mayor.

Los molinos de bolas pueden ser molinos sencillos de desbordamiento con muñón, que funcionan en circuito abierto o cerrado, o molinos de descarga por rejilla (descarga a bajo nivel). Este último tipo está equipado con rejillas de descarga situadas entre el cuerpo cilíndrico del molino y el muñón de descarga. La pulpa puede fluir libremente a través de las aberturas de la rejilla y, a continuación, se eleva hasta el nivel del muñón de descarga (fig. 5.10). Estos molinos tienen un nivel de pulpa más bajo que los de desbordamiento, lo que reduce el tiempo de permanencia de las partículas en el molino. En consecuencia, se produce muy poca sobremolienda y el producto contiene una gran proporción de material grueso, que se devuelve al molino mediante algún tipo de dispositivo de clasificación. Los molinos de descarga por rejilla suelen admitir una alimentación más gruesa que los molinos de desbordamiento y no es necesario que molen con tanta finura; la razón principal es que, al estar la carga formada por muchas bolas pequeñas, la superficie abierta de la rejilla se obstruye muy rápidamente. El molino de desbordamiento con muñón es el más sencillo de manejar y se utiliza para la mayoría de las aplicaciones de molinos de bolas, especialmente para la molienda fina y la remolienda. Se dice que el consumo de energía es aproximadamente un 15% menor que el de un molino de descarga por rejilla del mismo tamaño, aunque las eficiencias de molienda de ambos molinos son similares.

Molino de descarga por rejilla

Los circuitos de molienda de mayor rendimiento de la industria minera utilizan molinos de molienda autógena (AG) o semiautógena (SAG). Un molino AG es un molino de tambor que utiliza el propio mineral como medio de molienda. El mineral debe contener suficientes fragmentos resistentes para actuar como medios de molienda y, preferiblemente, tener una alta densidad específica (s.g.), lo que, por ejemplo, favorece la molienda AG de minerales de hierro (s.g. 4 frente a 2,7 en el caso de los minerales con alto contenido en silicato). Un molino SAG es un molino autógeno que utiliza bolas de acero además de los medios de molienda naturales. Las cargas de bolas en los molinos SAG han resultado, en general, más eficaces en un rango de entre 4% y 15% del volumen del molino, incluidos los huecos. En la práctica sudafricana, los molinos SAG pueden tener una carga de bolas de hasta 35% del volumen del molino.

Los molinos AG/SAG suelen sustituir a las dos últimas etapas de trituración (secundaria y terciaria) y a la molienda con varillas del circuito tradicional. Esto ofrece algunas ventajas con respecto al circuito tradicional: menor coste de inversión, capacidad para tratar una amplia gama de tipos de mineral, incluidas las alimentaciones pegajosas y arcillosas, esquemas de proceso relativamente sencillos, equipos de gran tamaño disponibles, menores necesidades de mano de obra y un menor consumo de acero. El uso de la molienda AG/SAG ha crecido hasta tal punto que muchas plantas existentes las están incorporando, mientras que las nuevas plantas rara vez contemplan un diseño que no las incluya. Es posible que esta tendencia no se mantenga en el futuro, ya que nuevas tecnologías como la trituración fina, los rodillos de molienda a alta presión y la molienda ultrafina (molienda agitada) ofrecen opciones alternativas para los esquemas de proceso. En la fig. 5.11 se muestra un esquema de diversas secciones del molino de molienda autógena. Los molinos AG o SAG se definen por la relación de aspecto del diseño de la carcasa del molino y el mecanismo de descarga del producto. La relación de aspecto se define como la relación entre el diámetro y la longitud. Las relaciones de aspecto se clasifican generalmente en tres grupos: molinos de alta relación de aspecto, en los que el diámetro es entre 1,5 y 3 veces la longitud; “molinos cuadrados”, en los que el diámetro es aproximadamente igual a la longitud; y molinos de baja relación de aspecto, en los que la longitud es entre 1,5 y 3 veces la del diámetro. Los molinos SAG más grandes alcanzan hasta 12 m de diámetro por 6,1 m de longitud, y están accionados por un motor con una potencia superior a 20 MW. Muchos molinos de relación de aspecto elevada, especialmente las unidades de mayor diámetro, tienen extremos cónicos en lugar de planos. Por lo tanto, se debe prestar atención a la definición de la longitud del molino. En el interior de la cámara de molienda, el molino está revestido con placas de desgaste sujetas por barras elevadoras atornilladas a la carcasa. Las barras elevadoras son esenciales para reducir el deslizamiento de la carga del molino, lo que provoca un desgaste rápido de los revestimientos y también perjudica la acción de molienda. La forma y la geometría de las barras elevadoras, especialmente la altura y el ángulo de la cara, influyen significativamente en el rendimiento de la molienda y en las tasas de desgaste. La rejilla se utiliza para retener los medios de molienda y los trozos de roca de gran tamaño, y permitir el paso de las partículas finas y la lechada

Esquema de diversas secciones de un molino AG

para que el material fluya a través de ellas. Las aberturas de la rejilla pueden ser cuadradas, redondas o en forma de ranura, con un tamaño que varía entre 10 mm y 40 mm. En algunas instalaciones, la rejilla presenta orificios de gran tamaño, que varían entre 40 mm y 100 mm, denominados «orificios para guijarros», que permiten extraer y triturar los guijarros (hasta un tamaño de 12-20 mm) antes de su recirculación al molino.

La suspensión de partículas más pequeñas que las aberturas de la rejilla se descarga en las cámaras del elevador de pulpa.

Los elevadores de pulpa, dispuestos radialmente, tal y como se muestra en la fig. 5.12, giran junto con el molino y elevan la suspensión hacia el muñón de descarga, sacándola del molino. Cada cámara de elevación de pulpa se vacía antes de su siguiente ciclo para crear un gradiente a lo largo de la rejilla que permita el transporte de la suspensión desde la cámara de molienda hacia las cámaras de elevación de pulpa. Existen dos tipos de diseño de elevadores de pulpa: el radial y el curvo, también conocido como espiral; véase la fig. 5.12. El tipo radial (o recto) es más habitual en la industria de tratamiento de minerales. Mientras que la mayor parte de la lechada que pasa por la rejilla se descarga del molino a través del muñón de descarga, una parte de la lechada de la cámara del elevador de pulpa vuelve a entrar en el molino a medida que este gira.

Diseños convencionales de elevadores de pulpa