Reducir el tamaño del mineral o de la roca: ¿qué es la trituración? ¿Por qué y cómo se realiza?

El objetivo de la reducción de tamaño

La operación de reducción de tamaño se realiza con tres objetivos fundamentales:

i. Obtener el tamaño o la superficie específica necesarios para el uso del mineral o del material:

Con este fin, en la operación de reducción de tamaño se prepara generalmente el material de relleno necesario para los trabajos de cerámica, carreteras, construcción y asfalto, así como la materia prima que se utilizará en la producción de cemento.

El tamaño puede presentarse en forma de bloques, pero minerales como el cemento, el feldespato cerámico, la calcita, el cuarzo y la baritina deben molerse hasta niveles de 10 µ para poder utilizarse.

ii. Separar los diferentes minerales contenidos en el mineral para liberar uno de otro:

El tamaño superior en el que los granos se separan entre sí como resultado de la reducción de tamaño se define como el tamaño de liberación.

Para el enriquecimiento de los minerales que se presentan especialmente en estado compuesto y que contienen en su estructura uno o varios minerales valiosos junto con impurezas indeseables, los minerales asociados deben separarse entre sí. En la preparación del mineral, las operaciones de trituración y molienda se realizan con este fin.

Proporcionar el tamaño o la superficie específica que requiere el método de enriquecimiento que se va a aplicar:

El tamaño de liberación puede no ser siempre suficiente para la operación de enriquecimiento que se va a aplicar.

En la flotación, un mineral liberado puede necesitar volver a molerse para poder ser transportado hasta la superficie por la espuma, para que el mineral enriquecido pueda utilizarse en la siguiente etapa, o para enriquecer aún más el concentrado producido.

¿Qué es la operación de trituración?

La trituración es la operación de reducir el tamaño del mineral o de la roca. La operación de reducción de tamaño comienza en el yacimiento con la producción de mineral mediante explosivos. En las etapas posteriores, la operación de reducción de tamaño realizada antes de la molienda en los molinos, mediante trituradoras, se denomina «trituración». Aunque no existe un límite definido, la reducción de tamaño por encima de 3 mm se considera «trituración» y la que está por debajo de 3 mm, «molienda». Aunque el mineral se reduzca por debajo de 3 mm con trituradoras cónicas y algunas trituradoras de impacto, esta operación se denomina trituración.

La operación de reducción de tamaño se expresa mediante la siguiente fórmula de transformación:

Mineral a reducir + Energía = Mineral reducido + Sonido + Calor

La energía neta utilizada en la reducción de tamaño se calcula restando de la energía total consumida la energía transformada en sonido y calor. Bake, en 1964, sostuvo que la energía dedicada a la reducción de tamaño era solo el 0.6% de la energía total, mientras que Austin defendió que era inferior al 3%.

Aunque estas proporciones no son exactas, es un hecho conocido que la energía consumida en la operación de reducción de tamaño representa una parte muy pequeña de la energía total consumida con este fin.

La molienda es la última etapa de la reducción de tamaño después de la trituración. La molienda se realiza para liberar los diferentes minerales contenidos en el mineral y para proporcionar el tamaño y la superficie específica adecuados a la operación de enriquecimiento o al objetivo de uso. Según el proceso de enriquecimiento, la molienda se realiza en seco o en húmedo, y se utilizan diferentes molinos adecuados al objetivo de la molienda.

Las fuerzas aplicadas en la operación de trituración

La operación de reducción de tamaño se expresa mediante la siguiente fórmula de transformación:

Mineral a reducir + Energía = Mineral reducido + Sonido + Calor

En la operación de reducción de tamaño;

Torsión
Compresión, presión o aplastamiento
Cizallamiento
Impacto
se aplican fuerzas de choque.

La operación de trituración se realiza con máquinas en las que se aplican una o varias de estas fuerzas de forma conjunta.

En las máquinas trituradoras se aplican comúnmente las fuerzas de compresión, impacto y choque. Aunque no existen máquinas trituradoras que apliquen las fuerzas de torsión y cizallamiento, estas fuerzas pueden producirse durante la trituración.

En las trituradoras en las que se aplica la fuerza de fricción, la distancia entre los martillos de trituración y las cribas del cuerpo de la trituradora es bastante estrecha. El mineral se tritura y se retira del medio mediante la fuerza de fricción generada por el efecto de las fuerzas de impacto y cizallamiento.

Cuando los minerales son frágiles, tienen bajo contenido de sílice y se busca obtener un producto de mayor tamaño tras la trituración, se utilizan trituradoras que funcionan por fuerza de cizallamiento. La fuerza de cizallamiento se aplica la mayoría de las veces junto con las fuerzas de impacto y compresión.

Para obtener un producto de gran tamaño a partir de minerales duros, abrasivos, difíciles de triturar y no pegajosos, se recurre a trituradoras que funcionan por fuerza de compresión. En estas trituradoras, el mineral se comprime entre dos superficies, una o ambas móviles.Las trituradoras de mandíbulas son las máquinas de reducción de tamaño más utilizadas para triturar este tipo de minerales. Sin embargo, también se utilizan trituradoras de mandíbulas en las que, además de la fuerza de compresión, se aplica una fuerza de fricción mediante el movimiento horizontal de la mandíbula. Este tipo de trituradoras no es adecuado para triturar minerales abrasivos.

Para controlar el tamaño superior de los minerales frágiles y no abrasivos tras la trituración, se preparan circuitos cerrados de trituración y cribado. La mayoría de las veces, la primera etapa de trituración se realiza en circuito abierto. Tras la primera etapa de trituración, hacer funcionar en circuito cerrado las trituradoras situadas antes del molino facilita la gestión de la molienda y también reduce considerablemente el coste de la reducción de tamaño.

La elección correcta de las trituradoras y de los circuitos de trituración y cribado tiene una importancia especial, ya que influye directamente en la molienda y en las operaciones posteriores de preparación del mineral. Para aumentar la eficacia de la operación de trituración realizada en varias etapas, mediante cribas colocadas antes de la trituradora se retira del circuito el mineral de tamaño adecuado antes de que entre en la trituradora, evitando así una reducción innecesaria. Esta operación también aumenta la capacidad de las trituradoras y de los circuitos de trituración y cribado. La cantidad de mineral a triturar, sus propiedades y el objetivo de uso del producto triturado son factores determinantes en la elección de las trituradoras y de los circuitos de trituración.

Las propiedades del mineral a triturar

Cada mineral a triturar tiene sus propias características de triturabilidad. Algunos minerales se trituran fácilmente, mientras que otros requieren más energía para triturarse. La estructura física del producto obtenido tras la trituración también puede variar: el mineral triturado puede convertirse en polvo o permanecer en forma de grandes fragmentos. Cada mineral, al triturarse, también desgasta en cierta medida los revestimientos de la trituradora.

Son las propiedades del mineral las que resultan determinantes en la elección de la trituradora:

El tamaño deseado tras la trituración, P80
La capacidad de trituración, Q
La densidad in situ y aparente del mineral, ρ
El índice de trabajo del mineral a triturar, Wi, y el índice de abrasión, Ai
La dureza del mineral
La humedad del mineral
El contenido del mineral que pueda causar problemas en la reducción de tamaño
Las condiciones locales en las que se realiza la reducción de tamaño

Los ensayos de reducción de tamaño realizados en laboratorio son importantes para prevenir desde el principio una posible elección errónea. Tres datos importantes relacionados con las propiedades de trituración de los minerales —el análisis químico de la roca, el índice de abrasión Ai y el índice de trabajo Wi— pueden determinarse fácilmente mediante ensayos de laboratorio.

Las propiedades del mineral a triturar son el factor más determinante en la elección de la trituradora. Las propiedades de trituración de un mismo mineral también pueden variar dentro de ciertos límites. Para realizar la elección, es necesario conocer el tamaño del mineral, el tamaño al que se triturará y su cantidad. En la fase de elección de la trituradora, la decisión debe tomarse evaluando conjuntamente las etapas de trituración y los posibles factores que puedan surgir en cada etapa.

El valor del índice de trabajo Wi de los minerales es la medida más importante de su triturabilidad. Los minerales con bajo índice de trabajo son fáciles de triturar y la energía necesaria para triturarlos es baja. Para evitar sobrecargar la trituradora, los ajustes necesarios de la trituradora se mantienen elevados para los minerales con alto índice de trabajo.

Para los minerales con alto índice de abrasión, como la cuarcita, no es adecuado utilizar trituradoras de impacto. Esto se debe a que, en los circuitos de trituración, la sustitución de las piezas desgastadas y el mantenimiento de las trituradoras son laboriosos y costosos. Para triturar minerales con bajo índice de trabajo, como la dolomita, la capacidad pasa a primer plano en la elección de la trituradora. La trituración de la dolomita no requiere grandes trituradoras.

En los agregados que se utilizarán en la fabricación de hormigón no se desean tensiones internas. Aunque se hayan utilizado trituradoras de mandíbulas en la primera etapa de trituración, en la segunda etapa deben utilizarse trituradoras de impacto para reducir el material que sale de la trituradora de mandíbulas a su tamaño de uso.

Se ha determinado que las trituradoras de mandíbulas de doble articulación (biela doble) presentan una alta eficacia en la trituración de minerales cuyo valor Ai es superior a 0.7. Las trituradoras giratorias y cónicas funcionan como las trituradoras de mandíbulas de doble articulación y se consideran trituradoras de bajo desgaste.

La relación de reducción de las trituradoras de impacto es mayor que la de las trituradoras de mandíbulas y cónicas, y la operación de reducción de tamaño requiere menos etapas de trituración. Sin embargo, no se recomienda utilizar trituradoras de impacto para triturar minerales cuyo índice de abrasión sea superior a 0.15, ya que provoca un desgaste excesivo.