Pruebas para Índice de trabajo Bond con Trituración de Impacto

1. La distribución de tamaño de fractura obtenida en el péndulo, la trituración entre dos placas planas verticales, es similar a la producida en una trituradora de cono. Los efectos de la cámara circular y las afirmaciones de algunos fabricantes de que existe un ángulo especial y más eficiente con respecto a la horizontal para la rotura en una cámara de trituración de cono no están corroborados por este estudio de fundamentos
2. Existe una afirmación para algunos diseños de trituradoras de cono que el empuje excéntrico tiene cierta influencia mística en la capacidad y distribución de tamaño producida por una máquina en particular. Las pruebas de péndulo respaldadas por observaciones de campo demuestran de manera concluyente que la reducción y la distribución de tamaño de los productos se relacionan simplemente con la energía aplicada al material. Para una aplicación fija de potencia, aumentar el empuje excéntrico reducirá la fuerza disponible para triturar. Esto reduce la tasa de potencia disponible y, por lo tanto, la relación de reducción. La distribución de tamaños parece ser independiente del número de impactos que causan esta aplicación de energía.
3. Los resultados del péndulo demuestran que la distribución del tamaño producido a partir de los procesos de trituración es un patrón de rotura natural característico del material y, en menor medida, el modo de rotura.
4. La distribución del tamaño que ocurre en los procesos de trituración no puede describirse por el logaritmo del tamaño de Gates-Gaudin-Schuhmann versus el logaritmo del porcentaje acumulativo del material pasante utilizado por Bond o la relación de Rosin-Rammler. Parece haber poca correlación en los rangos de tamaños más finos de los productos que realmente se producen y los predichos por tales relaciones. Se necesitan nuevas expresiones matemáticas para definir las relaciones de tamaño de energía de la trituradora.
5. Este estudio de fundamentos no respalda la afirmación de algunos fabricantes de trituradoras de que las trituradoras operan de manera ineficiente a niveles de consumo alto de energía. La producción de tamaños más gruesos será menos eficiente, si este es el producto deseado para un proceso como la producción de piedra chancada, si se aplican tasas de potencia superiores a las requeridas para maximizar ese tamaño grueso.
6. La tasa de potencia de la trituradora, que está influenciada por la geometría y el empuje excéntrico de la cámara de trituración, así como el tamaño de alimentación y la dureza del material procesado, determinará la reducción y la distribución del tamaño en el producto del triturador. Este producto está relacionado con la configuración de la abertura en modo cerrado (CSS) solo si se considera que esta controla la aplicación de energía de trituración.
7. La regulación de ajuste automático tal como es aplicada a las trituradoras de cono puede aumentar la potencia promedio extraída y maximizar la tasa de potencia junto con la relación de reducción. Las características pueden ser estudiadas con el aparato de prueba de impacto del péndulo.
8. La productividad de la trituradora en cantidades de una distribución de tamaño fija es una función del consumo de potencia en comparación con el tamaño de la máquina física. A partir de los resultados de las pruebas de péndulo, es posible visualizar una máquina pequeña que consume más potencia produciendo que una máquina más grande que consume menos energía.
9. La utilización de energía por maquinaria de trituración y molienda es diferente. Como conclusión general, esto es particularmente así con los molinos de barras y, en menor medida, con los molinos de bolas. La trituración de alta potencia que da como resultado un aumento de finos, puede brindar una importante conservación de energía a los circuitos de conminución utilizando ambas formas de disminución de tamaño. El dispositivo de prueba de péndulo nos permitirá cuantificar en el laboratorio ganancias potenciales de estos procesos.
10. Las maquinas trituradoras consumen menos metal de desgaste que los molinos. Esto es especialmente así en el caso de los molinos de barras que compiten en el área de trituración fina. Debido a que el consumo de metal de desgaste está relacionado con la energía consumida para reducir el material a un tamaño determinado, cualquier reducción de energía utilizando la trituración de alta potencia reducirá dicho consumo de metal. La prueba de impacto del péndulo, en el laboratorio, dará una medida de la ganancia potencial de esta área.
11. Debido a que la prueba del péndulo se puede utilizar para predecir la distribución del tamaño de las trituradoras de cono, ahora se pueden hacer cálculos finitos para los siguientes parámetros, algunos de los cuales a menudo se venían decidiendo por «Reglas de oro»:
    (a) El número de etapas de trituración para la reducción de tamaño.
    (b) Número de máquinas trituradoras y su consumo de potencia.
    (c) Cargas del circuito.
    (d) Requerimiento de mallas o zarandas.
    (e) Distribución de tamaño del producto de la planta.
    Esta metodología proporcionará resultados más precisos que los diseños que utilizan tablas de capacidad estandarizadas y curvas de distribución del tamaño del producto.
12. El instrumento de péndulo se puede utilizar para realizar corridas de pruebas en el material clasificado de las muestras de perforación, de modo que los diseños de la planta se puedan formular con mayor precisión a partir de los datos de exploración geológica. Las pruebas piloto de plantas, que a menudo no son prácticas para corridas de pruebas debido a la falta de suficiente material de muestra, no son ahora una necesidad para los estudios de factibilidad y escalamiento.
13. Ahora se pueden hacer con mayor precisión comparaciones en las evaluaciones para tipos de diagramas de flujo utilizando procesos convencionales de trituración y molienda en comparación con la molienda autógena. El proceso de trituración de alta potencia que se ha estudiado aquí normalmente no forma parte de dichas evaluaciones de ingeniería. Ahora se puede hacer de manera rápida y relativamente económica, utilizando el instrumento de impacto pendular.
14. Como resultado de estos estudios, se postula que el método actual de operar plantas de trituración a la capacidad máxima a través de un tamaño de malla dado no minimizará la energía y los costos de desgaste de metal en las plantas de beneficio que emplean molinos de molienda aguas abajo. Los sistemas de control de circuito de trituración y molienda que enlazan el producto de la planta de trituración con la capacidad del molino de la molienda maximizarán la capacidad de la planta al menor costo de producción.
15. Aplicada correctamente, la tecnología descrita reducirá la magnitud de los parámetros sobrediseñados utilizados en la mayoría de los cálculos de diseño de plantas de trituración. Esto debería reducir los costos de capital de estas plantas.

PRUEBAS DE TRITURACION EN ROCAS A NIVEL LABORATORIO

Los datos tabulados presentados en las siguientes páginas se han compilado a partir de pruebas realizadas en el Laboratorio de Investigación. Se enumeran el impacto y la resistencia a la compresión de más de 200 muestras diferentes de localidades muy diferentes. Estos son una muestra representativa de las pruebas realizadas en el laboratorio para clientes en los Estados Unidos y en el extranjero.

COMO SE REALIZAN LAS PRUEBAS DE TRITURACION DE IMPACTO

Diez o más piezas representativas de piedra chancada, cada una de las cuales pasa una abertura cuadrada de tres pulgadas por lado y no pasa una abertura cuadrada de dos pulgadas, se seleccionan y se rompen individualmente entre dos martillos de prueba de péndulo de 30 lb. Estos martillos impactan con golpes iguales simultáneamente en los lados opuestos del espécimen que están separados por la dimensión más pequeña. Los martillos cuelgan verticalmente, con sus caras tocando los lados opuestos de la muestra. Luego, los martillos se elevan en una distancia igual y se liberan simultáneamente. Esto se repite con ángulos de caída sucesivamente mayores hasta que la muestra se rompe. Su fuerza de impacto son las libras-pie promedio de energía representada por la caída de fractura dividida por el espesor en pulgadas. La resistencia al impacto promedio es el promedio de libras-pie por pulgada requerido para romper las diez o más piezas, y el máximo es la cantidad de libras-pie por pulgada requeridas para romper la pieza más dura, el valor más alto obtenido.

CÓMO SE MIDE LA RESISTENCIA UNIAXIAL A LA COMPRESION DE ROCAS

Las resistencias uniaxiales a la compresión UCS de muchos materiales han sido medidas en el Laboratorio cortando muestras en cubos de una pulgada con una sierra de disco de diamante. Luego se rompen bajo compresión lenta en un instrumento de compresión Southwark, que indica la resistencia a la compresión en libras por pulgada cuadrada. Por lo general, se rompen cuatro o más cubos y se registran los valores promedio y máximo.

La correlación entre la resistencia a la compresión y la resistencia a la trituración por impacto es inconsistente, y la experiencia ha demostrado que la resistencia al impacto es un mejor criterio que la resistencia real a la trituración. El dispositivo de impacto se aproxima más al funcionamiento real de la trituradora, tanto en velocidad de impacto y en el hecho de que la piedra fracturada es usada en las pruebas.

La resistencia a la trituración por impacto promedio es una indicación de la energía requerida para la trituración, mientras que los valores máximos de compresión indican el peligro de rotura de la trituradora y el tipo de construcción necesaria. Las capacidades de la trituradora no varían mucho con la resistencia al impacto; hay un aumento de capacidad de menos del 10 por ciento desde la piedra más dura hasta la más blanda, donde el empaquetamiento no es un factor.

La resistencia al impacto promedio de todos los materiales probados es de 15.3 libras-pie por pulgada, que se toma para representar la roca promedio. El promedio de los valores máximos de cada material es 23.1, que es 151 por ciento del valor promedio.

IMPACT WORK INDEX TESTER

LISTA DE INDICES DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE ROCAS

PROCEDIMIENTO PARA LA PRUEBA DE CARACTERIZACIÓN DE RENDIMIENTO DE LA TRITURADORA

El método de Work Index (Indice de Trabajo) de Impacto de Bond ha sido un estándar de la industria para la determinación de los requisitos de potencia de la trituradora, pero se desarrolló originalmente para garantizar que se conectara suficiente potencia a las trituradoras giratorias primarias. En este método, las piezas de roca se fracturan por prueba y error en el dispositivo de prueba que se muestra en la figura (2), hasta que se haya aplicado suficiente energía de impacto para romper la roca.

Normalmente, la roca se rompe en mitades, y en la mayoría de las pruebas solo se observan dos y raramente más de tres piezas grandes después de la fractura. No se utiliza información de distribución de tamaño para calcular el índice de trabajo de impacto de Bond a partir de la fórmula:

WI = 2.59 Average Impact in ft-lbs/inch/Specific Gravity………………………..(2)

Este modo de rotura es similar al que ocurre en una trituradora giratoria primaria donde las tasas de energía (entrada de energía por tonelada de alimentación) son bajas (aproximadamente 0.1 KWH / tonelada). El procedimiento funciona bastante bien para este tipo de trituradora, pero tiende a subestimar los requisitos de potencia en trituradoras finas, en las que las tasas de potencia suelen ser mucho más altas (más que 0,25 KWH / tonelada).

Debido a esto, un programa de investigación fue instituido por nuestro Comité de Fuerza de Trabajo de Conminución para romper la roca de una manera más análoga a la observada dentro de las trituradoras comerciales finas. Se construyó un dispositivo de prueba tipo péndulo similar en muchos aspectos al desarrollado por la Oficina de Minas de los Estados Unidos y se muestra esquemáticamente en la Fig. (3), y se ha utilizado en un extenso programa de prueba para determinar si sería posible predecir el rendimiento de la trituradora cónica.

Las muestras de roca seleccionadas para la trituración en este dispositivo son generalmente menos 38 mm (1-½»), más 19 mm (¾») de tamaño. La muestra de roca se pesa y luego se coloca entre las placas. El extremo de la placa de rebote se pone en contacto con el péndulo de rebote y el péndulo de trituración se eleva a una altura vertical predeterminada que depende del tamaño de la muestra. Luego se libera el péndulo de trituración – después de golpear la placa de trituración y romper la roca, la energía restante se transfiere a través de la placa de rebote al péndulo de rebote. La distancia horizontal que recorre el péndulo de rebote se registra mediante el desplazamiento de un marcador y posteriormente se convierte a una altura vertical.

La energía utilizada para triturar la muestra se puede aproximar a partir de un balance de energía del sistema:

Ec = E1 – KE – E2 – EL (Kg—mtrs)……………………………………(3)

donde Ec = energía de trituración
E1 = energía potencial del péndulo de trituración (antes de liberarlo)
KE = energía cinética de las dos placas
E2 = energía potencial máxima del péndulo de rebote (después de la trituración)
EL = pérdida de energía del sistema (sonido, calor, vibración)

La pérdida de energía del sistema, EL, se determina trazando EL como una función de la altura inicial del péndulo de trituración sin presencia de roca. La mayor parte de esta pérdida es por vibración. Se considera que la diferencia entre las pérdidas de energía del sistema con y sin roca presente en el sistema es mínima siempre que se suministre suficiente energía inicial para dar como resultado una pequeña elevación del péndulo de rebote.

Los fragmentos de varias muestras de rocas rotas en condiciones idénticas se combinaron para cada uno de los análisis de tamaño presentados en este documento. Los Work Index de Bond también se calcularon de nuevo a partir de los datos utilizando la fórmula estándar, es decir

donde F80 se define como la longitud del lado del cubo del mismo peso que la partícula promedio.

La confirmación de la capacidad del procedimiento para proporcionar información adecuada para la predicción del rendimiento de la trituradora se obtuvo tomando muestras de alimentación de 31 operaciones comerciales que trataban una amplia gama de rocas y minerales. En el momento de tomar una muestra de alimentación para pruebas de laboratorio en el dispositivo de péndulo, se tomaron datos de rendimiento relevantes, como la potencia, la velocidad de alimentación y las distribuciones de tamaño para la alimentación y el producto en la trituradora de la operación. Varios miles de rocas se han roto durante las pruebas con el dispositivo en los últimos 3 años.
Las distribuciones típicas comparativas del tamaño del producto se dan en las Figs. (4) a (6) para tres materiales.

Lo primero que debe observar de estos gráficos es que existe una relación familiar extremadamente buena dentro de cada conjunto de curvas de distribución de tamaños. Esto es algo coincidente, ya que la curva del péndulo es el producto de un único evento de ruptura de impacto de una partícula individual y la curva típica del producto de la trituradora es el resultado de múltiples roturas por impactos múltiples de partículas, pero probablemente se deba a dos eventos:

• los modos de rotura y las tasas de potencia netas son similares para las dos máquinas
• la acción de la trituradora de cono es tal que una partícula de alimentación individual está sujeta a un número limitado de eventos de rotura

Para mostrar que la distribución del tamaño del producto del péndulo es sensible al rango de la energía, se han realizado varias pruebas en el mismo material de alimentación a diferentes niveles de energía de entrada del péndulo. Los resultados típicos se muestran en la Fig. (7) como diagramas de distribución de tamaños de Schuhmann (log-log). Se puede observar que se producen cantidades cada vez mayores de material fino con el aumento de la energía de entrada. El mismo efecto se demostró anteriormente para una trituradora en operación de la figura (1). Podemos, por lo tanto, concluir de esto que las tasas de potencia netas serán las mismas en el péndulo y la trituradora cuando las dos distribuciones coincidan (como lo hacen en las Figuras (4) a (6)). Esto nos permite determinar la eficiencia de la utilización de potencia en las trituradoras y predecir la distribución del tamaño del producto que surgirá de las trituradoras en funcionamiento a diferentes rangos de energía.

Las cifras del Work Index de Bond obtenidas por re-calculo a partir de los datos del péndulo se comparan con los valores del Work Index Neto obtenidos de las plantas en la figura (8). La concordancia es sorprendentemente buena, especialmente en vista del hecho de que el 80% de los valores del material pasante no describen completamente las distribuciones totales de alimentación y tamaño de producto. Esta concordancia se debe probablemente al hecho de que el uso de niveles de energía comparables en ambas máquinas da lugar a proporciones de reducción y distribuciones de tamaño de producto similares. Debido a esto, la prueba de péndulo proporciona una buena estimación del Work Index Neto cuando esto es necesario para los procedimientos de diseño actuales.

La distribución del producto del péndulo es una función de rotura y se puede utilizar en los modelos del proceso para predecir las distribuciones del producto del triturador para diferentes condiciones de operación. Como un ejemplo de este enfoque, el modelo de Whiten de la trituradora de cono, Fig. (9), se ha utilizado para simular la situación dada en la Fig. (4). El resultado de esta simulación se muestra en la figura (10) donde se puede ver que se pueden obtener muy buenas aproximaciones del rendimiento de la trituradora.

La función de selección (o clasificación) utilizada en esta simulación se determinó mediante re-calculo. Actualmente se está trabajando para cuantificar esta función.

Tenemos firmemente la opinión de que los resultados hasta la fecha demuestran que el uso de este dispositivo de péndulo puede proporcionar más información sobre la energía – reducción del tamaño en una forma fácilmente utilizable para la aplicación de la trituradora. Los datos se pueden generar en menos tiempo y a partir de una muestra mucho más pequeña que la requerida para las pruebas en la planta piloto. Nuestro instrumento de péndulo presente es una herramienta de investigación y actualmente está siendo modificada para su uso en pruebas comerciales de minerales y rocas. Más detalles de este dispositivo se darán en una fecha posterior.