Análisis de partículas en minería y minerales

Minería y aplicaciones minerales

Si no se puede cultivar, hay que extraerlo... Si fue minado, el tamaño de la partícula importa.

El USGS (Servicio Geológico de Estados Unidos) para la Encuesta de Materias Primas-Mineras de 2015 enumera más de 90 minerales diferentes, desde abrasivos hasta circonio. De estos, 14 tenían una producción minera en EE.UU. de más de 1.000 millones de dólares en 2014.

Extraer minerales útiles es un proceso arduo y técnicamente exigente. Primero, cualquier material sobre el depósito, conocido como sobrecarga, debe ser retirado o excavado a través de él. En el siguiente paso, el mineral se vola o se corta y carga y se transporta al molino para la trituración y molienda secundaria, que prepara el material para su uso previsto.

Conminución

En muchos casos, los minerales valiosos se mezclan con ganga, material comercialmente inútil, y el mineral debe separarse. El primer paso de muchos procesos de separación es la cominúción (reducción de tamaño) seguida de la clasificación (separación por tamaño de partícula), ya sea para posterior molienda o, el siguiente paso, la concentración del mineral. Durante la conminución, el mineral debe molerse de modo que las partículas sean lo suficientemente pequeñas como para que cada partícula consista principalmente en un solo mineral. Estas partículas se separan para concentrar el producto mineral.

Separación por gravedad

La separación por gravedad se basa en diferencias de masa del material para separar los minerales. Los métodos incluyen plantillas, compuertas, espirales, mesas de agitación, separadores de partículas finas y hidrosidadores y ciclones. La separación por gravedad es una separación basada únicamente en el peso y se ve directamente afectada por el tamaño de la partícula, ya que el volumen es proporcional al peso.

El jigging utiliza flujo de agua pulsada o un proceso similar para empujar el material molido. Las partículas más pesadas y grandes se hunden más rápido entre pulsos y, por tanto, tienden a ir al fondo del jig. Por tanto, un tamaño uniforme de las partículas es importante para asegurar la separación por densidad y no por tamaño. Además, el funcionamiento de la plantilla (longitud de los pulsos de agua) y el diseño dependerán del tamaño de las partículas que se separen. Las compuertas y espirales se basan en la diferencia entre la resistencia viscosa y la flotabilidad para la separación de partículas. Esta diferencia está directamente relacionada con el tamaño de las partículas. Las tablas de gravedad utilizan una plataforma vibrante para separar por tamaño de partícula y gravedad específica. Así, los avances de distribución de tamaño estrecha resultan en una mejor separación.

Flotación de espuma

Aquí el material se separa por química de superficies. Las burbujas que fluyen a través de una suspensión o suspensión tienden a adherirse a partículas con superficie hidrofóbica y hacen que estas floten hasta la superficie de la espuma para su recuperación. A menudo, las superficies de partículas se modifican selectivamente para que las superficies minerales sean hidrofóbicas mientras que las superficies de ganga son hidrofílicas. El tamaño de las partículas es importante para la eficiencia del proceso. Las partículas demasiado finas pueden quedar absorbidas en el flujo de burbujas independientemente de la química superficial, reduciendo la efectividad de la eficiencia de separación. Las partículas demasiado grandes tienden a hundirse independientemente de si se unen las burbujas.

Espuma en la parte superior del tanque de flotación.

Separación electrostática y magnética

El comportamiento de una partícula bajo campos electrostáticos o magnéticos puede aprovecharse para separar partículas por tipo. Estos campos inducirán cargas (o magnetismo). Las fuerzas resultantes harán que las partículas se muevan dependiendo de la masa de la partícula. Así, las partículas pequeñas se desplazan más lejos que las partículas grandes. Además, la carga de partículas es un fenómeno superficial y la mayor superficie de las partículas finas tenderá a tener una carga más alta. Estos efectos de tamaño pueden llevar a la separación por tamaño en lugar de por composición. Por ello, una distribución de tamaño estrecha a menudo, pero no siempre, conduce a una mejor separación.

Productos de envío

El producto final suele clasificarse y venderse tal cual o para su procesamiento posterior. Los clientes típicos querrán un tamaño de partícula para asegurarse de que su proceso esté optimizado. Así, en el paso fundamental de la venta de productos, muchas minas controlan el tamaño de las partículas. En algunos casos, la forma de la partícula también es importante.

Este cartel frente a la cerrada mina de carbón Lackawanna indica que el tamaño de las partículas ha sido importante en el envío final de productos mineros durante cientos de años.

Elegir un analizador de partículas

La elección de la técnica de análisis del tamaño de partículas depende de los objetivos del análisis. Muchas de las partículas encontradas en la minería se caracterizan por tamices (clasificadores). Son pantallas con un tamaño de apertura (malla) conocido. Las partículas más pequeñas que ese tamaño de malla pasarán a través de la pantalla y las partículas más grandes se retienen. El análisis se realiza construyendo una pila de tamices y agitando la pila, ya sea manualmente o con un tamizador. El material capturado en cada pantalla se pesa y los datos se combinan para extraer la distribución del tamaño. Después, los tamices se limpian para su reutilización.

Tamices

Los tamices tienen una larga historia y un bajo coste inicial. Los resultados de tamiz suelen verse fuertemente afectados por la técnica del operador. Este efecto se mitiga en parte con los agitadores de tamiz (aunque con un aumento de coste). Además, los tamices son delicados y el choque mecánico puede cambiar el tamaño de las aberturas de la pantalla. Además, dado que las partículas entran en contacto directo con la superficie de la pantalla, los tamices se desgastan durante el uso correcto (o la limpieza). A medida que las aberturas del tamiz se expanden, los resultados obtenidos se desplazarán con el tiempo sin que el operador indique que ya no son precisos. El análisis de tamiz está muy extendido debido a su longevidad y su uso intuitivo. Las tecnologías más recientes han mejorado considerablemente la precisión, fiabilidad y tiempo de análisis, todas ellas proporcionando márgenes mejorados para los productores, lo que ha llevado a la sustitución de tamices en muchas empresas e industrias.

Malla de tamiz dañada que puede dar resultados engañosos de tamaño

Difracción láser

A medida que disminuye el tamaño de las partículas, el tamizado y/o el análisis dinámico de imágenes se vuelven más arduos o imposibles y la difracción láser se convierte en la técnica preferida. Una vez que las partículas son demasiado finas para el análisis de imagen —aproximadamente varios micras— es mejor analizarlas con instrumentos de difracción láser como el LA-960V2 y el LA-350.