Conminución y Separación de Tamaños

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CONMINUCION Y SEPARACION DE TAMAÑOS

Dr. Patricio Navarro Donoso

Consultor Intercade

Dr. Patricio Navarro Donoso - Consultor Intercade

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1 CONMINUCION……………………………………………………………… 5

1.1 Introducción……………………………………………………………….... 5

1.2 Factores que influyen en la selección de circuitos de conminución….. 7

2 CHANCADO DE MINERALES……………………………………………… 28

2.1 Diagramas de flujos………………………………………………………… 30

2.2 Mecanismos de reducción de tamaño en conminución……………….. 48

2.3 Tipos, descripción y selección de chancadoras………………………... 72

2.4 Dimensionamiento de chancadoras……………………………………... 134

2.5 Separación de tamaños en harneros……………………………………. 146

INDICE

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3 MOLIENDA DE MINERALES………………………………………….... 197

3.1 Introducción…………………………………………………………… 197

3.2 Diagramas de flujos…………………………………………………… 204

3.3 Tipos, descripción y diseño de molinos de Barras………………… 209

3.4 Tipos, descripción y diseño de molinos de Bolas………………..... 239

3.5 Tipos, descripción y circuitos de molinos semiautógenos………… 282

3.5.1 Preclasificación y prechancado del mineral………………………… 286


4

4 SEPARACION DE TAMAÑOS EN HIDROCICLONES…………………….. 308

4.1 Antecedentes de la operación con hidrociclones………………………….. 308

4.2 Características de los hidrociclones………………………………………… 320

4.3 Dimensionamiento y selección de hidrociclones a través de modelos

matemáticos empíricos………………………...………………………………. 331

4.4 Separación sólido-líquido……………………………………………………... 340

4.5 Tipos y características de separación por gravedad……………………….. 346

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5

Se usa el concepto de conminución para identificar todoslos procesos que tienen que ver con la acción de reducirel tamaño de los minerales que se procesan y poseenelementos de valor comercial y otros que no tienen valor(ganga).

1. CONMINUCION

1.1 Introducción


6

Los objetivos más importantes que persigue laconminución son:

� Manipulación y manejo adecuado del mineral.

� Liberar las especies valiosas contenidas en ellas.

� Preparar el mineral para los procesos posteriores.

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7

1.2 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SELECCION DE CIRCUITOS

DE CONMINUCION

Los factores que influyen en la intensidad del proceso deconminución y por ende en la selección del circuito son:

� Ley del mineral o metal a recuperar.

� Características de la ganga presente.


8

� Tonelaje de las reservas.

� Tipo de proceso posterior de recuperación oconcentración: flotación, lixiviación, concentraciónmagnética, concentración gravimétrica, otros.

� Valor comercial del mineral.

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9

� En estricto rigor la liberación de especies de valor selogra solo en forma parcial.

� Para un proceso de lixiviación en pilas son necesarias de2 a 3 etapas de chancado.

� Para un proceso de lixiviación en botaderos conactividad bacteriana es necesaria una (dos a lo mucho)etapa de chancado.

� Para el proceso de flotación son necesarias tres etapasde chancado y dos etapas de molienda.


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Proceso de Lixiviación

El proceso de lixiviación en pilas puede requerir 2 ó 3etapas de chancado. El proceso de lixiviación enbotaderos o sulfuros de baja ley requiere a lo sumo deuna etapa.

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BURBUJAS DE AIRE MINERALIZADAS

El proceso de flotación, requiere de tres etapas de chancado y dosetapas de molienda. En algunos casos se requiere de remoliendapara mejorar la ley del concentrado.


12

La tronadura en la mina es el primer proceso deconminución en la línea de operaciones de mina yplanta.

7


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13

Desde la mina hasta las distintas etapas de chancado se

estará operando en seco, sin agua.

Desde la alimentación a la molienda en adelante, siempre

se estará operando con pulpas.


14

El mineral proveniente de la mina tiene un tamaño variado,

por lo que el objetivo del chancado (primera etapa de la

conminución a ejecutarse en la planta) es reducir el

tamaño de los fragmentos de rocas enviados, desde la

mina hasta obtener un tamaño uniforme máximo de ½

pulgada (aprox. 1,27 cm).

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15

Para la reducción del tamaño se utilizan las

chancadoras (equipos mecánicos-eléctricos de

grandes dimensiones).

En estos equipos, los elementos trituran la roca

mediante movimientos de atrición y están construidos

de aleaciones especiales y acero de alta resistencia.


16

Todo el manejo del mineral en la planta se realiza mediante correas

transportadoras, desde la alimentación proveniente de la mina

hasta la entrega del mineral como producto chancado a la etapa

siguiente.

Opción 2 : SAG + Ball Mill

Muckpile

Primarycrusher

Stockpile

Cyclones

Ball mill

10 kWh/t

0.1 kWh/t

0.2 kWh/t

SAG

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17

Como uno de los objetivos más importantes de la

conminución es la reducción del tamaño de las rocas, es

posible plantearse la siguiente pregunta ¿Por qué la

acción no se hace en una sola etapa? Es decir, que un

equipo tome la roca de mineral y lo convierta en

partículas finas en una sola etapa.


18

Desafortunadamente, no se ha podido hasta la fecha

desarrollar un equipo capaz de realizar todo el proceso

de chancado de una sola vez (para todos los tipos de

materiales).

Por esto, en la mayoría de las aplicaciones son

necesarias varias etapas de fragmentación y la

utilización de más de un equipo.

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19

El hecho de que existan ambos, chancado y molienda y

no solo uno de ellos, responde a dos motivos muy

claros: factibilidad técnica y económica.

Existe un límite de tamaño de las partículas de mineral

hasta donde las chancadoras son eficientes y pasado

este límite realizan muy poco trabajo en comparación

con la energía consumida.


20

Consumo de energía en chancado y molienda

40

35

30

25

20

15

10

5

00.01 01 1 10 100

80% passing size (mm)

Comminution Energy

milling

crushing

ener

gy c

onsu

mpt

ion

(kW

h/t)

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21

En la figura anterior podemos observar que para reducir

partículas a un tamaño de 8 a 10 mm. (aprox.) debe

realizarse en chancadoras y para tamaños inferiores en

molinos.


22

Es necesario saber elegir los equipos adecuados que

permitan conseguir la reducción de tamaño requerido y

ubicarlos en un circuito, de modo que juntos

proporcionen la disminución de tamaño necesario para

el proceso siguiente. No olvidar que debemos hacer un

eficiente uso de la energía consumida.

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23

La resistencia que opone el mineral a la

fragmentación es fundamental. Puesto que, es

necesario conocer la razón de la reducción de

tamaño y definir qué tipo de máquina se debe utilizar.


24

Un material con bajo índice de trabajo es más fácil de

fragmentar. Por ello la razón de reducción del chancador

es alta, disminuyéndose las etapas de fragmentación en

la planta de chancado.

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25

Por ende se puede concluir que cuando un material

tiene un menor índice de trabajo se puede alcanzar una

razón de reducción más alta, de acuerdo a la definición

presentada.


26

Por el contrario, si un material tiene un índice de

trabajo alto, será imposible utilizar una abertura de

salida muy estrecha, para no producir sobrecargas.

Por eso es necesario utilizar una mayor cantidad de

etapas de fragmentación y así alcanzar el tamaño

deseado en el producto.

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INDICE DE TRABAJO W I


28

� Liberar minerales comerciables desde una matrizformada por minerales de alto y bajo interéseconómico.

� Promover reacciones químicas rápidas a través de laexposición de una gran área superficial.

� Producir un material con características de tamañodeseable para su posterior procesamiento, manejo,almacenamiento y/o comercialización.

Los objetivos del chancado de los minerales son:

2. CHANCADO DE MINERALES

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29

Existe un límite de tamaño en las partículas de mineral

hasta donde los chancadores son eficientes, pasado este

límite realizan un trabajo muy pobre en comparación a la

energía consumida.

Para los tamaños más finos, existen molinos que realizan

la reducción de tamaño del mineral con un mejor

rendimiento que los chancadores.


30

Se usa el concepto de conminución para identificar los

procesos que tienen que ver con la reducción de

tamaño de los minerales y que permiten liberar las

especies valiosas contenidas en ellos.

2.1 DIAGRAMAS DE FLUJO

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31

Circuito Abierto

Equipo dereducción de

tamaños

Alimentación Producto

F80P80


32

A la relación entre el tamaño de alimentación y el dedescarga de cualquier equipo de conminución se lellama razón de reducción.

top shell

mantle

gape

mantlediameter

bottomshell

hydraulicsupport

drive

set

spider

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33

Podemos observar algunos equipos y sus valorestípicos de razón de reducción.

Chancadoras de compresión

Impactores (modelo vertical) Molinos (modelo tambor)

Impactores (modelo horizontal)

Mandíbula 3-4Giratorio 3-4De cono 4-5 10 - 15

Barra 100Bota 1000AG & SAG 5000

3 - 8


34

Todos los chancadores tienen una razón de reducción

limitada; puesto que, el tamaño global del circuito se va a

realizar en etapas.

La cantidad de etapas está guiada por el tamaño de la

alimentación y el producto final requerido, como puede

visualizarse en el siguiente ejemplo.

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35

100%

90

80

70

60Por

cent

aje

avan

zado

50

2 4 8 16 32 64 125 250 500 1000

P =16 mm

P =16 mm

F =400 mm

80

80

80

mm

0


36

Para un tamaño de material cuya alimentación es deF80=400 mm correspondiente a roca de voladura, cuyotamaño es 80% menor que 400 mm.

El tamaño deseado del producto:

P80 = 16mm correspondiente al mineral de alimentación demolino de barras.

Razón de reducción tal R = F80/P80 = 400/16 = 25

EJEMPLO

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37

Una solución propuesta a los requerimientos, puede ser lasiguiente:

� Razón de reducción en etapa primaria R1 = 3

� Razón de reducción en etapa secundaria R2 = 4

� Razón de reducción en 2 etapa de chancado = R1 x R2= 3 x 4 = 12


38

Dos etapas no son suficientes. Se necesita una

tercera etapa de chancado.

Ya que se deben usar tres etapas, se puede disminuir

un poco la razón de reducción en cada etapa, de ese

modo se otorga mayor flexibilidad al circuito.

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39

Por ejemplo :

� Razón de reducción, primera etapa R1 = 3

� Razón de reducción, segunda etapa R2 = 3

� Razón de reducción, tercera etapa R3 = 3

Juntas, estas tres etapas dan R1xR2xR3 = 27, reducción

suficiente.


40

Etapa IChancadora de mandíbulas

Etapa IIChancadora de cono

Etapa IIIChancadora de cono

CHANCADORAS APROPIADAS PARA LAS DIFERENTES ETAPAS

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41

En la siguiente figura se observa el circuito abierto de

chancado conformado por tres etapas, cada etapa de

la descarga alimenta la etapa siguiente del

chancador. La descarga del chancado terciario

constituye el producto final.


42

Circuito abierto de chancado

Primary Jaw crusher

Tertiary cone crusher

Product

Grizzley screen

Feed

Oversize

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43

En la figura siguiente veremos el diagrama de una

etapa de chancado en un circuito cerrado; es decir, la

descarga del chancador alimenta a un harnero. El

sobre tamaño recircula al chancador y el bajo tamaño

constituye el producto que pasa a la siguiente etapa.


44

Circuito cerrado de chancado

Primary Jaw crusher

Grizzley screen

Oversize

Screen

Product

Oversize

Feed

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45


tamaños

Alimentaciónfresca

Productofino

Clasificador

Productogrueso

F80

P80

CIRCUITO CERRADO DIRECTO


46


tamaños

Alimentaciónfresca

Productofino

Clasificador

Productogrueso

F80

P80

CIRCUITO CERRADO INVERSO

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47

� El cociente entre el flujo de mineral que alimenta alequipo de reducción de tamaño y el flujo dealimentación fresca al circuito, en porcentaje..

CLASIFICADOR

EQUIPO DEREDUCCION DE

TAMAÑOS

PRODUCTO FINAL

AD

Q

GF

CLASIFICADOR

EQUIPO DEREDUCCION DE

TAMAÑOS

AD

Q

G

F

F

GCC 100= F

DCC 100=

CARGA CIRCULANTE


48

FRACTURA: Es el fraccionamiento de un cuerpo sólidoen varias partes.

COMPRESION: Es la aplicación de esfuerzos decompresión. Normalmente se produce en máquinas dechancado donde existe una superficie fija y otra móvil, daorigen a partículas finas y gruesas. La cantidad dematerial fino se puede disminuir reduciendo el área decontacto, utilizando superficies corrugadas.

2.2 MECANISMOS DE REDUCCION DE TAMAÑO EN CONMINUCION

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49

Esquema de acción de esfuerzos de comprensión

MATERIAL FINO

MATERIAL GRUESO


50

Acción de compresión

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51

� Impacto : Es la aplicación de esfuerzos compresivos a altavelocidad. De esta manera la partícula absorbe másenergía que la necesaria para romperse. El producto,normalmente, es muy similar en forma y tamaño.

MATERIAL FINO (MENOR QUE EN COMPRESION)


52

Acción de impacto

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53

� Cizalle : El cizalle ocurre como un esfuerzo secundario alaplicar esfuerzos de compresión y de impacto. Producegran cantidad de finos y, generalmente, no es deseable.


54

Efecto de cizalle

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55

ASTILLAMIENTO : La ruptura de cantos de una partícula,

ocurrida por la aplicación de esfuerzos fuera del centro de

la partícula, genera el mecanismo de astillamiento.

ABRASION : Cuando el esfuerzo de cizalle se concentra

en la superficie de la partícula se produce abrasión.


56

Efecto de abrasión

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57

Tipos de equipos de reducción de tamaños en base a l os principios de fractura.

PRINCIPIO

COMPRESION IMPACTO COMPRESION - IMPACTO

Molino de barrasMolino de bolasMolino autógenoMolino semiautógeno

Trituradora de impacto

Trituradora de mandíbulasTrituradora giratoriaTrituradora de conoTrituradora de rodillos


58

� Las etapas de un proceso de reducción se identifican de acuerdo aldiseño desarrollado para el procesamiento del mineral.

� Si el mineral requiere una reducción fina, se identifican:

• Circuito de molienda convencional (3 etapas de chancado ydos de molienda).

• Circuito de molienda unitario (3 etapas de chancado y uno demolienda).

• Circuito de molienda semiautógena (una etapa de chancado ydos de molienda).

� Si el mineral requiere una reducción gruesa, solo se trabaja conetapas de chancado.

ETAPAS DE REDUCCCION DE TAMAÑO

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Convencional

� Trituración primaria:Trata el material que viene de la mina, con trozos máximos dehasta 1,5 m (60 plg), entrega un producto de 15 a 20 cm (6 a 8plg).

� Trituración secundaria:Toma el producto de la trituradora primaria y lo reduce a su vez aun producto de 5 a 8 cm (2 a 3 plg).

� Trituración terciaria:Toma el producto de la trituración secundaria y lo reduce a su vez aun producto de 1 a 1,5 cm (3/8 a 1/2 plg) que puede ir a una etapade molienda (en el caso de sulfuros de cobre) o al proceso delixiviación (en el caso de óxidos).

ETAPAS DE CHANCADO


60

Las primeras etapas se realizan para facilitar el manejodel material proveniente de la mina.

Las siguientes etapas de chancado y molienda, serealizan para separar las especies minerales de interésde la ganga.

� Las partículas están formadas por mineralesindividuales, se habla de partículas libres.

� Si consisten en dos o más especies minerales, seles llama partículas mixtas.

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61

Desde los primeros años de aplicación industrial de los

procesos de conminución al campo de beneficio de

minerales, se constató la relevancia del consumo de

energía específica como parámetro controlante de la

reducción de tamaño y granulometría final del producto,

en cada etapa de conminución.

ENERGIA Y REDUCCION DE TAMAÑO


62

Etapa Sub-etapa Rango tamaño(solo referencial)

Consumo de energíaKWh/t

Chancado Primario 100 a 10 cm 0,3 a 0,4

Secundario 10 a 1 cm 0,3 a 2

Terciario 1 a 0,5 cm 0,4 a 3

Molienda Primario 10 a 1 mm 3 a 6

Secundario 1 a 0,1 mm 4 a 10

CONSUMOS DE ENERGIA

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63

Se define como la energía que se debe consumir paraprovocar la fractura de una tonelada del mineral que seprocesa, se mide en kWh/t. En forma práctica se calculacomo la razón entre el consumo de potencia del circuitode reducción de tamaños (normalmente la potenciaconsumida por el equipo de reducción de tamaños) enkW y el flujo de alimentación fresca al circuito en t/h:

kWh/tF

PE =

CONSUMO ESPECIFICO DE ENERGIA


64

En cada etapa de conminución, el consumo de energíaespecífica es un parámetro controlante de la reducciónde tamaño y granulometría final del producto.

La energía consumida se encuentra estrechamenterelacionada con el grado de reducción de tamañoalcanzado por las partículas (según en la etapa quecorresponda).

RELACION ENERGIA CONSUMIDA Y TAMAÑO DE PARTICULA PRODUCIDO

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65

� Postulado de Bond (3 ra ley de la conminución)

La energía consumida para reducir el tamaño 80% de unmaterial, es inversamente proporcional a la raízcuadrada de este tamaño, definiéndose el tamaño 80%como la abertura del tamiz (en micrones) que deja pasarel 80% en peso de las partículas.

i

80 80

1 1E 10W

P F

= −

Wj es conocido como el Indice de Trabajo de Bond o WORKINDEX que representa el trabajo requerido para reducir elmineral desde un tamaño infinito a 100 mm.


66

� Postulado de Bond o Work Index

El Wi depende de:

• El material (resistencia a la conminución).

• El equipo utilizado.

• Condiciones de operación.

� Wi representa la resistencia del mineral a serfracturado y se mide en kWh/t.

Se determina experimentalmente, a través de un

ensayo estándar de laboratorio.

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Sólidos Wi [kWh/ton corta]

Sólidos Wi [kWh/ton corta]

Andesita 18.25 Gneiss 20.13 Aceite de esquisto 15.84 Hernatita 12.84 Arcilla 6.30 Magnesita 11.13 Arena de silice 14.10 Magnetita 9.97 Baritina 4.73 Materia prima de cemento 10.51 Basalto 17.10 Mineral de cobre 12.72 Bauxita 8.78 Mineral de estaño 10.90 Caliza 12.74 Mineral de manganeso 12.20 Carbón de Piedra 13.00 Mineral de niquel 13.65 Carburo de silice 25.87 Mineral de oro 14.93 Coque 15.13 Mineral de pirita 8.93 Cuarcita 9.58 Mineral de plomo 11.90 Cuarzo 13.57 Mineral de plomo-zinc 10.93 Diorita 20.90 Mineral de potasa 8.05 Dolomita 11.27 Mineral de pyrrhotita 9.57 Escoria 10.24 Mineral de rutilo 12.68 Escoria de cemento 13.45 Mineral de spodumeno 10.37 Esmeril 56.70 Mineral de titanio 12.33 Esquisito 15.87 Mineral de zinc 11.56 Feldespato 10.80 Molibdeno 12.80 Ferro-cromo 7.64 Pedernal 26.16 Ferro-mangneso 8.30 Pizarra 14.30 Ferro-silicona 10.01 Rocka de fosfato 9.92 Fluoro natural 8.91 Rocka de trapeana 19.32 Gabro 18.45 Roca de yeso 16.06 Grafito 15.13 Sienita 13.13 Granito 20.13 Silicato de sílice 13.40 Gravilla 43.56 Taconita 14.61 Vidrio 12.31


68

Las operaciones industriales se realizan generalmente

por equipos operados mecánicamente como:

chancadoras de mandíbula, chancadoras de cono y

chancadoras de rodillo.

Los mecanismos de chancado se verifican por aplicación

de fuerzas de impacto, presión o una combinación de

ambos.

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69

Las tres etapas clásicas de chancado antes de la molienda

Chancado de tres etapas clásicas, previo al ingreso al molino de barras

Chancado primario

Chancado secundario

Chancado terciario

Trituración en secoo húmedo


70

Circuitos de 1 y 2 etapas de

chancado antes de la molienda

SAG

Primary crushing

Primary crushing

Primary crushing

Primary grinding

Primary grinding

Secondary crushing

Secondary crushing

“straight on”

“pre-crushingof criticalsizes”

“crushingof critical

sizes” frommill dischargue

Primary grinding

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71

El tamaño final de partículas requerido es logrado por

los requerimientos de liberación.

Normalmente, el chancado es menos importante que la

molienda:

� El número de etapas de chancado puede ser

minimizado.

� El número de etapas depende del tamaño de

alimentación a molienda.


72

Los métodos de reducción de tamaños pueden agruparsede varias maneras, pero como la reducción ocurre enetapas, el tamaño de las partículas aporta el métodoprimario de agrupamiento.

Si el cuerpo de mineral es de carácter masivo, el minadoo extracción es en realidad la primera etapa de reducciónde tamaño. Generalmente se realiza con explosivos,aunque pueden usarse medios mecánicos en losminerales más blandos.

2.3 TIPOS, DESCRIPCION Y SELECCION DE CHANCADORAS

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73

El término chancado se aplica a las reduccionessubsecuentes de tamaño hasta 6mm a 25mm (aprox.),considerándose las reducciones a tamaño más finoscomo molienda.

Tanto el chancado como la molienda puedensubdividirse en etapas primaria, secundaria, terciaria yhasta cuaternaria.

Como estas etapas se relacionan con la maquinariaempleada los límites no son rígidos y en cualquieroperación puede que no se requieren todos.


74

El chancado es aquella operación unitaria o grupos deoperaciones concernientes a la reducción de trozosgrandes a fragmentos de rocas, donde las partículasmás grandes en el producto van de 1/4" a 3/8".

El chancado puede dividirse en:

� Chancado grueso ↔ Chancador primario

� Chancado fino ↔ Chancador secundario - terciario

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75

La decisión en cuanto a qué tipo de chancadorutilizar, dependerá del tipo de material y aplicaciónque se quiera dar al material.

Las chancadoras son clasificadas de acuerdo altamaño del material tratado, con subdivisiones encada tamaño y de acuerdo a la aplicación de fuerzas.


76

� Chancado primario

• Chancadoras giratorias• Chancadoras de mandíbulas• Chancadoras de rodillos

� Chancado secundario

• Chancadoras de cono• Chancadoras de cono cabeza corta• Chancadoras de rodillos• Chancadoras de martillo• Chancadoras de impacto

EQUIPOS UTILIZADOS

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77

Chancador primario : Fractura la mena dealimentación proveniente de la mina, desde 60" hasta8" ó 6" de producto.

Chancador secundario : Toma el producto delchancador primario y lo reduce en una pasada hasta 3"ó 2" de producto.

Chancador terciario : Toma el producto del chancadorsecundario o chancadores intermedios reduciendo elmaterial bajo 1/2" o 3/8".


78

Abertura de alimentación de un Chancador Giratorio

El chancado primario puede ser realizado por unchancador giratorio o un chancador de mandíbula.

CHANCADO PRIMARIO

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79

El movimiento máximo de la cabeza ocurre en la

descarga, evitando los problemas de hinchamiento del

material. Debido a que chanca durante el ciclo completo,

tiene más capacidad que un chancador de mandíbulas

del mismo tamaño (boca); por ello se le prefiere en

plantas que tratan altos flujos de material.

CHANCADOR GIRATORIO


80

Chancador Giratorio

(Primario)

Technology

Conminución y Separación de Tamaños