El IsaMill es un molino de molienda de la industria de minerales de bajo consumo energético que fue desarrollado conjuntamente en la década de 1990 por Mount Isa Mines Limited ("MIM", una subsidiaria de MIM Holdings Limited y ahora parte del grupo de empresas Glencore Xstrata ) y Netzsch Feinmahltechnik (" Netzsch "), un fabricante alemán de molinos de perlas. [1] El IsaMill es principalmente conocido por sus aplicaciones de molienda ultrafina en la industria minera, pero también se utiliza como un medio más eficiente de molienda gruesa. [2] [3]A fines de 2008, más del 70% de la capacidad instalada de IsaMill estaba destinada a aplicaciones de molienda convencional o de molienda convencional (a diferencia de la molienda ultrafina), con tamaños de producto objetivo que iban de 25 a 60 µm . [4]
Introducción
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Si bien la mayor parte de la molienda en la industria mineral se logra utilizando dispositivos que contienen un medio de molienda de acero, el IsaMill utiliza medios de molienda inertes como arena de sílice , escoria de fundición residual o bolas de cerámica. [2] El uso de medios de molienda de acero puede causar problemas en los procesos de flotación posteriores que se utilizan para separar los diversos minerales en un mineral, porque el hierro del medio de molienda puede afectar las propiedades superficiales de los minerales y reducir la eficacia del separación. [5] El IsaMill evita estos problemas de rendimiento relacionados con la contaminación mediante el uso de un medio de molienda inerte.
Utilizado por primera vez en el concentrador de plomo y zinc Mount Isa en 1994, en mayo de 2013 había 121 instalaciones IsaMill listadas en 20 países, donde fueron utilizadas por 40 empresas diferentes. [6]
Principios operativos de IsaMill
El IsaMill es un molino de trituración de medio agitado, en el que el medio de trituración y el mineral que se muele se agitan en lugar de estar sujetos a la acción de volteo de los molinos más antiguos de alto rendimiento (como los molinos de bolas y los molinos de varillas ). Los molinos agitados a menudo consisten en agitadores montados en un eje giratorio ubicado a lo largo del eje central del molino. [7] La cámara de mezcla se llena con el medio de molienda (normalmente arena, [2] escoria de fundición, [2] o cerámica [7] o perlas de acero [7] ) y una suspensión de agua y partículas de mineral, [7] referidas en la industria de los minerales como lechada . Por el contrario, los molinos de bolas, los molinos de barras y otros molinos giratorios solo se llenan parcialmente con el medio de molienda y el mineral.
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En los molinos de medio agitado, los agitadores ponen en movimiento el contenido de la cámara de mezcla, provocando colisiones intensas entre el medio de trituración y las partículas de mineral y entre las propias partículas de mineral. [7] La acción de trituración es por desgaste y abrasión, en la que las partículas muy finas se desprenden de las superficies de las partículas más grandes, [8] en lugar de la rotura por impacto. Esto da como resultado la generación de partículas finas con mayor eficiencia energética que los molinos giratorios. [7] Por ejemplo, moler un concentrado de pirita de modo que el 80% de las partículas tengan menos de 12 µm (0,012 mm) consume más de 120 kilovatios-hora por tonelada (kWh / t) de mineral en un molino de bolas con bolas de 9 mm, pero solo 40 kWh / t en un IsaMill con un medio de molienda de 2 mm. [9]
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El IsaMill generalmente consta de una serie de ocho discos montados en un eje giratorio dentro de una carcasa cilíndrica (ver Figura 2). [10] El molino está lleno al 70-80% con el medio de trituración, [4] y se opera a una presión de 100 a 200 kilopascales . [8] Los discos contienen ranuras para permitir que la lechada de mineral pase del extremo de alimentación al extremo de descarga (ver Figura 3). El área entre cada disco es efectivamente una cámara de molienda individual, y el medio de molienda se pone en movimiento por la rotación de los discos, que aceleran el medio hacia la carcasa. [10] Esta acción es más pronunciada cerca de los discos. El medio fluye hacia el eje en la zona cercana al punto medio entre los discos, creando una circulación del medio de trituración entre cada par de discos, como se muestra en la Figura 4. [10]
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El tiempo de residencia promedio del mineral en el molino es de 30 a 60 segundos. [4] Existe un cortocircuito insignificante de la zona de molienda por la alimentación, como resultado de tener múltiples cámaras de molienda en serie. [10]
El producto molido se separa del medio de trituración en el extremo de descarga del molino. Esto se logra sin utilizar pantallas mediante el uso de un separador de producto patentado que consta de un rotor y un cuerpo de desplazamiento (consulte la Figura 2 y la Figura 4). [10] La distancia relativamente corta entre el último disco da como resultado una acción centrífuga que fuerza las partículas gruesas hacia la carcasa del molino, desde donde fluyen hacia el extremo de alimentación. [10] Esta acción retiene el medio de trituración dentro del molino. [10]
El separador de producto es una parte muy importante del diseño de IsaMill. Evita la necesidad de utilizar cribas para separar el medio de trituración de las partículas molidas. [4] El uso de pantallas haría que los molinos requirieran un alto mantenimiento, ya que serían propensos a bloquearse, lo que requeriría paradas frecuentes para la limpieza. [4]
Las partículas finas no son tan susceptibles a las fuerzas centrífugas y permanecen más cerca del centro del molino, donde se descargan a través del cuerpo de desplazamiento a una velocidad igual a la velocidad de alimentación del molino. [10]
El diseño del IsaMill da como resultado una distribución nítida del tamaño del producto, lo que significa que el IsaMill puede operar en circuito abierto (es decir, sin la necesidad de una separación externa de las partículas descargadas en pantallas o hidrociclones para permitir que el producto de gran tamaño grueso sea devuelto a el molino para una segunda pasada). [10] También significa que hay menos sobremolido en el extremo más fino de la distribución del tamaño, como ocurre durante el funcionamiento de los molinos de torre. [10]
Historia del IsaMill
La fuerza impulsora para desarrollar IsaMill
El desarrollo de IsaMill fue impulsado por el deseo de MIM Holdings de desarrollar su depósito de plomo y zinc McArthur River en el Territorio del Norte de Australia , y por la necesidad de una molienda más fina en su concentrador de plomo y zinc Mount Isa.
Los granos minerales en el depósito del río McArthur eran mucho más finos que los de las minas en funcionamiento. El trabajo de prueba había demostrado que sería necesario moler parte del mineral de modo que el 80% de las partículas molidas fueran menos de 7 µm (0,007 mm) si un concentrado vendible de minerales mixtos de plomo y zinc (denominado "concentrado a granel ") iban a producirse. [10]
Al mismo tiempo, el tamaño de grano del mineral de plomo y zinc extraído y procesado en Mount Isa estaba disminuyendo, lo que dificultaba la separación de los minerales de plomo y zinc. [11] La liberación de granos de esfalerita (sulfuro de zinc) se redujo de más del 70% a poco más del 50% entre 1984 y 1991. [11] Como resultado, el concentrador de plomo-zinc Mount Isa se vio obligado a producir un concentrado a granel a partir del desde principios de 1986 hasta finales de 1996. [1] Los concentrados a granel no pueden tratarse en fundiciones electrolíticas de zinc , debido a su contenido de plomo, y normalmente se tratan en altos hornos utilizando el Proceso de Fundición Imperial . El Proceso de Fundición Imperial tiene costos operativos más altos que el proceso de zinc electrolítico más común y, por lo tanto, el pago recibido por los productores de concentrado a granel es menor que el recibido por concentrados de plomo y zinc separados. El zinc en el concentrado a granel de Mount Isa eventualmente valía menos de la mitad que el zinc en el concentrado de zinc. [11]
Estos problemas proporcionaron un gran incentivo para que MIM triturara mejor sus minerales. Los metalúrgicos de MIM habían realizado trabajos de prueba de molienda fina en muestras de ambos depósitos utilizando tecnologías de molienda convencionales entre 1975 y 1985. [11] Sin embargo, se encontró que la molienda convencional tenía un consumo de energía muy alto y que la contaminación de la superficie mineral por el hierro del Los medios de molienda de acero afectaron negativamente al rendimiento de flotación. [11] En 1990 se llegó a la conclusión de que no existía una tecnología adecuada para moler hasta tamaños finos en la industria de los metales básicos. [5] En consecuencia, el jefe de investigación de procesamiento de minerales de Mount Isa, el Dr. Bill Johnson, comenzó a buscar prácticas de molienda fuera de la industria minera. [4] Encontró que la molienda fina estaba bien establecida para productos manufacturados de alto valor como tintas para impresoras, productos farmacéuticos, pigmentos de pintura y chocolate. [4]
Trabajo de desarrollo inicial de IsaMill
MIM decidió trabajar con Netzsch, que era pionera en el campo de la molienda fina y sigue siendo líder. [4] El trabajo de prueba se llevó a cabo utilizando uno de los molinos de perlas horizontales de Netzsch. Demostró que un molino de este tipo podría alcanzar el tamaño de molienda requerido. [1] Sin embargo, los molinos utilizados en estas industrias se utilizaron a pequeña escala y, a menudo, eran operaciones por lotes. [1] Utilizaron medios de molienda costosos que con frecuencia debían ser retirados, tamizados y reemplazados para que los molinos continuaran funcionando correctamente. [1] El medio de molienda tradicional consistía en perlas de sílice-alúmina-circonio que, en aquellos días, costaban alrededor de US $ 25 por kilogramo ("kg") y duraban sólo unos pocos cientos de horas. [1] Un medio de molienda tan costoso y de corta duración no sería rentable en una industria que procesa cientos de toneladas de mineral por hora. [1]
El trabajo de prueba posterior se centró en encontrar un medio de molienda más barato que pudiera hacer viable el molino de perlas para el procesamiento de minerales. Este trabajo incluyó el uso de perlas de vidrio (alrededor de US $ 4 / kg) y arena de río tamizada (alrededor de US $ 0,10 / kg) antes de que se descubriera que las perlas redondeadas producidas por granulación de escoria de horno de reverberación de la fundición de cobre de Mount Isa constituían un medio de molienda ideal. [12]
Como resultado del éxito de las pruebas de laboratorio, se probó un molino de mayor escala en la planta piloto de flotación de MIM. Se encontró que el molino estándar sufría una tasa de desgaste muy alta, y los discos se desgastaban severamente en 12 horas. [1]
Los esfuerzos de desarrollo de MIM se centraron en encontrar un revestimiento que pudiera resistir el desgaste y en diseñar un separador que retendría el medio de molienda de gran tamaño dentro del molino mientras permitía que saliera la lechada de mineral fino. [1]
Comercialización inicial (1994-2002)
Con el desarrollo del separador de producto y los cambios para reducir la tasa de desgaste del molino, en 1994 se pusieron en producción los dos primeros IsaMills a gran escala en el concentrador de plomo-zinc de Mount Isa. [5] Con 3000 litros ("L") ) volúmenes, eran seis veces más grandes que el laminador estándar más grande producido anteriormente por Netzsch. [5] Tenían un tamaño de motor de 1120 kW [6] y permitieron probar el nuevo diseño y el medio de molienda a escala comercial. [13] Este modelo de IsaMill se denominó "M3000". [6]
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Esta fue la primera aplicación de molinos agitados en la industria minera de metales. [14]
El desarrollo de IsaMill le dio a la Junta Directiva de MIM Holdings la confianza para autorizar la construcción de la mina y el concentrador de McArthur River. Los siguientes cuatro IsaMills M3000 se instalaron en la concentradora del río McArthur en 1995. [15]
Los primeros molinos instalados en Mount Isa y McArthur River inicialmente operaron con seis discos. El número se incrementó primero a siete discos y finalmente a los ocho discos que ahora son estándar. [8]
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Los IsaMills a gran escala permitieron a MIM refinar el diseño del molino para permitir una mayor facilidad de mantenimiento. Por ejemplo, el diseño de la carcasa se cambió para permitir que se divida a lo largo de la línea central horizontal (consulte la Figura 5). [8] Esto se hizo para permitir el uso de un revestimiento deslizante reemplazable, evitando la necesidad de enviar la carcasa para un revestimiento de goma fría y la necesidad de tener un stock de carcasas forradas de repuesto. [8] Además, la dirección del flujo de alimentación a través del molino se invirtió, porque la mayor parte del desgaste del disco se produjo en el extremo de alimentación, que inicialmente estaba en el extremo de accionamiento del molino. [8] Al cambiar el extremo de alimentación al opuesto al extremo de transmisión, los discos que requirieron un reemplazo más frecuente fueron los primeros que se quitaron del eje en lugar del último (ver Figura 6 y Figura 7). [10]
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Mientras que los IsaMills en Mount Isa se operaron utilizando escoria de horno reverberatorio de fundición de cobre tamizada como medio de molienda, [1] los de McArthur River utilizaron finos de molienda primaria tamizados como medio de molienda durante los primeros siete años de su operación y, en 2004, cambió a usar arena de río filtrada. [9]
La primera venta fuera del grupo MIM Holdings también ocurrió en 1995, con la venta de tres IsaMills "M1000" más pequeños a Kemira para moler sulfato de calcio en una de sus operaciones finlandesas. [6]
Se instaló un quinto IsaMill M3000 en la concentradora del río McArthur en 1998 y seis más en la concentradora de plomo-zinc Mount Isa en 1999. [6]
La instalación de IsaMills en Mount Isa, junto con algunas otras modificaciones al concentrador de plomo-zinc, permitió a MIM dejar de producir el concentrado a granel de bajo valor en 1996. [1] IsaMills hizo posible el desarrollo de la mina McArthur River. [15]
Las primeras ventas a organizaciones externas de los molinos M3000 fueron a Kalgoorlie Consolidated Gold Mines Pty Ltd ("KCGM"), el mayor productor de oro de Australia y una empresa conjunta de Newmont Australia Pty Ltd y Barrick Australia Pacific que opera el oro "super pit" de Kalgoorlie. la mía en Australia Occidental y el Gidji Roaster, al norte de Kalgoorlie. [16] El primero de los dos IsaMills comprados por KCGM se encargó en Gidji Roaster en febrero de 2001 para complementar la capacidad de tratamiento del tostador. [16] Un cambio en el tipo de mineral resultó en un aumento en su contenido de azufre, lo que a su vez aumentó la masa de concentrado de sulfuro producido, convirtiendo así a los dos tostadores Lurgi en un cuello de botella en el proceso de producción de oro. [16] Los estudios de los metalúrgicos de KCGM habían demostrado que la molienda ultrafina era una alternativa al tostado como método para desbloquear el oro fino que no podía recuperarse sin un tratamiento adicional (el llamado "oro refractario"), pero hasta el desarrollo de IsaMill, no se disponía de un método económico de trituración ultrafina. [dieciséis]
En 2015, KCGM completó la puesta en servicio de una unidad M6000 más grande en el tostador Gidgi y posteriormente pudo desmantelar los dos tostadores Lurgi. Una leve disminución en la recuperación de oro fue más que compensada por una mayor disponibilidad, ya que la operación de la planta de Gidgi ya no se vio limitada por los requisitos de control de calidad del aire. La eliminación de los tostadores se completó a principios de 2017, aunque la impresionante pila aún permanece como un hito.
IsaMill se globaliza (2003–)
El desarrollo inicial de IsaMill fue impulsado por los problemas encontrados al tratar los cuerpos de mineral de plomo y zinc de MIM. El siguiente gran salto fue impulsado por los problemas experimentados por los productores de platino de Sudáfrica, impulsando el desarrollo de plantas más grandes e iniciando la penetración global de la tecnología.
A principios del siglo XXI, las empresas mineras de platino de Sudáfrica extraían cantidades cada vez mayores de mineral de platino más difícil, lo que provocaba una disminución de las recuperaciones de los metales del grupo del platino para concentrar y un aumento de las cantidades de cromita, lo que afecta negativamente al rendimiento de la fundición. [14] Estos problemas llevaron a la industria a investigar el potencial de nuevos desarrollos en la molienda de medio agitado. [14]
El primer motor en el área fue Lonmin, que compró un IsaMill M3000 en 2002. [14] Anglo Platinum, que en ese momento tenía 20 concentradores operativos alrededor del complejo Bushveld, [17] siguió en 2003 con la compra de un IsaMill M250 más pequeño. para probar en su planta piloto de Rustenburg. [14] Después de realizar el trabajo de prueba, Anglo Platinum decidió utilizar una versión ampliada del IsaMill en su proyecto de retratamiento de relaves de extremidades occidentales ("WLTR"). [14] Trabajó con Xstrata Technology, para entonces los titulares de los derechos de comercialización, y Netzsch para desarrollar el IsaMill M10000, que tiene un volumen de 10,000 L y, en ese momento, una unidad de 2600 kW. [14] El molino utilizó sílice, triturada y tamizada, como medio de trituración. [14]
La nueva acería se puso en servicio a finales de 2003 y cumplió con las expectativas de rendimiento de Anglo Platinum, incluida una ampliación casi perfecta. [14] Tenía costos operativos más bajos que la unidad M3000 más pequeña instalada en un servicio similar en la operación de Lonmin. [14]
Al igual que la mina McArthur River anterior, el proyecto WLTR solo fue posible gracias a las ventajas que le confiere la tecnología IsaMill. [9]
El éxito de la unidad M10000 animó a Anglo Platinum a buscar otras aplicaciones de la tecnología IsaMill y, luego de un extenso programa de investigaciones de plantas y trabajo de prueba de laboratorio, decidió instalar un IsaMill M10000 con un variador de 3000 kW en una corriente principal (en lugar de aplicación de molienda ultrafina). [14] El medio de trituración seleccionado fue un material cerámico de alúmina endurecida con zirconia recientemente disponible y de bajo costo, [14] que fue desarrollado por Magotteaux International. [18]
Los resultados justificaron un despliegue agresivo de más IsaMills en las concentradoras de Anglo Platinum y, para 2011, Anglo Platinum había comprado 22 IsaMills para sus concentradoras. [19] La mayoría de las instalaciones se encuentran en las principales aplicaciones de molienda inerte, produciendo tamaños de partículas de producto relativamente gruesas (por ejemplo, el 80% de las partículas de menos de 53 µm). [19] Anglo Platinum atribuyó un aumento en la recuperación en su concentrador de Rustenburg de más de tres puntos porcentuales a la instalación de IsaMills allí. [19]
El IsaMill M10000 ha demostrado ser muy popular y las ventas de la tecnología han sido sólidas desde que se lanzó al escenario mundial. [6] IsaMills ahora se utilizan en aplicaciones de mineral de hierro de plomo-zinc, cobre, metales del grupo del platino, oro, níquel, molibdeno y magnetita. [6]
Xstrata Technology ha estado desarrollando recientemente un IsaMill modelo M50000 más grande, con un volumen interno de 50.000 L, con una unidad de hasta 8 MW. [20]
Ventajas del IsaMill
Las ventajas del IsaMill incluyen:
- Intensidades de potencia muy altas : los IsaMills funcionan a intensidades de potencia de hasta 350 kilovatios por metro cúbico ("kW / m 3 "). [8] A modo de comparación, la intensidad de potencia de un molino de bolas es de unos 20 kW / m 3 . [8] Esta alta intensidad de potencia permite que IsaMill produzca partículas finas a una alta tasa de rendimiento. [8] La alta intensidad de potencia del IsaMill proviene de su alta velocidad de agitación de unos 20 metros por segundo ("m / s"). [4]
- Alta eficiencia energética : el mecanismo de trituración utilizado en IsaMills es más eficiente en términos de energía que los molinos de tambor convencionales, que implican levantar la carga dentro del molino y permitir que caiga hacia la punta de la carga, triturando el mineral por rotura por impacto en lugar de más mecanismo de desgaste eficiente. [7]
- molienda con un medio inerte : el uso de medios de molienda no ferrosos en IsaMills evita la formación de recubrimientos de hidróxido de hierro en las superficies de partículas finas que se produce cuando se utilizan bolas de acero como medio de molienda. [14] La presencia del revestimiento de hidróxido de hierro inhibe la flotación de estas partículas. [9] Un estudio mostró que el cambio de bolas de molienda de acero forjado a bolas de acero con alto contenido de cromo reducía el hierro en la composición atómica de la superficie de la galena del 16,6% al 10,2%, pero la molienda con un medio cerámico reducía la superficie de hierro a menos. del 0,1%. [9] La experiencia en Mount Isa y otros lugares ha demostrado que las superficies limpias que resultan del uso de IsaMills reducen la cantidad de reactivos de flotación requeridos y mejoran la recuperación de los minerales objetivo. [9] [19] La experiencia en Mount Isa y Anglo Platinum muestra que el uso de un medio de molienda inerte aumenta la velocidad de flotación (la "cinética" de flotación), en contraste con la observación común de que el reafilado con un medio de acero ralentiza la cinética de flotación de todos minerales. [9]
- Operación de circuito abierto : el separador de producto interno (ver Figura 8) del IsaMill reemplaza efectivamente los ciclones que normalmente se usarían en un circuito de molienda estándar. [4] Estos ciclones se utilizan para separar las partículas gruesas que necesitan más molienda de las partículas finas que tienen el tamaño deseado. Las partículas gruesas (conocidas como "de gran tamaño") se devuelven al molino y forman lo que se conoce como una "carga de recirculación" que ocupa una parte significativa de la capacidad del molino. La acción centrífuga del separador de producto da como resultado que solo las partículas finas abandonen el molino y se elimine la carga recirculante. [4]
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- un tamaño de corte relativamente afilado, con una generación mínima de "superfinos" - el bajo tiempo de residencia y el mecanismo de trituración por desgaste del IsaMill dan como resultado una trituración preferencial en el extremo grueso de la distribución del tamaño de partículas de la corriente de alimentación con poca sobremolición. [14] Esto es más eficiente desde el punto de vista energético y reduce el problema de recuperar estas partículas superfinas durante la flotación posterior.
- la capacidad de utilizar medios de molienda de bajo costo : IsaMills ha podido utilizar materiales de bajo costo de origen local como medio de molienda, como escoria de fundición descartada, partículas de mineral filtradas y arena de río. Sin embargo, estos materiales no siempre son apropiados y para un molido más grueso se utiliza un medio de molienda cerámico. [4]
- Facilidad de acceso para el mantenimiento : la naturaleza horizontal del IsaMill hace que todas las piezas sean de fácil acceso desde un solo nivel para el mantenimiento. Las piezas de alto desgaste se reemplazan fácilmente. Un equipo de dos personas puede completar un cambio de disco y revestimiento en ocho horas. [21]
- Huella pequeña : debido a la alta intensidad de molienda, IsaMills tiene una huella pequeña para un rendimiento equivalente en comparación con los molinos de tambor. Esto contribuye a una reducción en el costo de instalación de los molinos.
- Menor costo de capital : el pequeño tamaño del IsaMill reduce sus costos de construcción e instalación en relación con los molinos más grandes. Los costos de capital de la molienda se reducen aún más porque el IsaMill puede funcionar en circuito abierto, por lo que no es necesario comprar e instalar hidrociclones y equipos auxiliares relacionados. [4]
- Menor costo operativo : la eficiencia energética del IsaMill y el costo medio de molienda relativamente económico le otorgan un bajo costo operativo para su servicio de molienda. Se cita con frecuencia que este menor costo hizo posible el procesamiento económico de depósitos minerales que antes no se podían desarrollar de manera rentable. [1] [5] [8] [14] [16]
Escisiones de IsaMill
El desarrollo de una tecnología económica de molienda ultrafina ha hecho posible la lixiviación atmosférica de minerales para los que antes era imposible. MIM Holdings también desarrolló, a través de su centro de investigación ubicado en Albion, un suburbio de Brisbane, un proceso de lixiviación atmosférica llamado Proceso Albion .
Al usar IsaMills para moler las partículas de minerales refractarios a tamaños ultrafinos, el Proceso Albion aumenta la actividad de los concentrados de sulfuro hasta el punto en que se pueden oxidar fácilmente en tanques abiertos convencionales. Por tanto, la oxidación se lleva a cabo sin necesidad de bacterias o reactivos caros y de alta presión. [22]
Referencias
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