Los molinos de rodillos de alta presión actualmente están demostrando ser una alternativa viable y confiable en los circuitos de comminución. Las exitosas demostraciones realizadas en plantas piloto de 2003 a la fecha han comprobado esta confiabilidad en la operación con molinos de rodillo de alta presión (HPGR por sus siglas en inglés, High Pressure Grinding Rolls) en aplicaciones de minerales de alta dureza.

Es así como después de muchos años de aplicación y consolidación en faenas mineras de la industria del cemento, el hierro y los diamantes, en 2006 comenzó una nueva arremetida en la industria del cobre; de hecho, ya Freeport McMoRan, tiene cuatro modelos 24/17 operando en su mina de cobre y oro Cerro Verde en Perú, y dos modelos 20/15 en Indonesia.

En Chile hasta el momento hay experiencias en el mercado del hierro a través de Compañía Minera del Pacífico en sus faenas Romeral y Los Colorados, y está evaluando su aplicación para Cerro Negro Fase II. Asimismo, en la industria del cemento, Polpaico cuenta con dos unidades.

Con respecto al mercado del cobre nacional, el ingreso si bien no se ha materializado masivamente, son muchas las compañías que están evaluando adquirir HPGR. Codelco, a través de su proyecto Nueva Andina, está realizando estudios; el proyecto Caserones también estaría interesado; la Fase V de Escondida ya ha realizado trade off en la materia; y Los Bronces, de Anglo American, si bien por problemas de tiempo ha decidido adquirir un molino SAG para su expansión, tuvo durante un año una unidad piloto, la que fue traspasada a Chuquicamata.

Este importante interés se explica principalmente por el ahorro de energía y agua que implica un HPGR en su operación, ambos insumos extremadamente valiosos sobre todo en el norte del país y que inciden directamente en la rentabilidad de un proyecto minero.

Implementación en circuitos de molienda

En plantas nuevas la posición de los HPGRs será como etapa terciaria de trituración previa a la molienda de bolas. Aunque queda abierta la posibilidad de otras configuraciones de flujo diferentes.

Tanto la etapa de chancado secundario como el HPGR –que reemplaza a la etapa de chancado terciario convencional–, operan en circuito cerrado con harneros secos. El producto del circuito de chancado se deposita en un silo o tolva. En esta configuración, tanto el circuito de chancado como el circuito de molienda se encuentran independientes, permitiendo a ambos operar a un ritmo diferente. Sin embargo, esta independencia genera dos situaciones. Primero, se requeriría una tolva adicional. El almacenar el producto de un HPGR, el cual contiene gran cantidad de finos, se vuelve un desafío ya que requiere de una supresión de polvos exhaustiva. Segundo, la clasificación del producto del HPGR tiene que hacerse en seco, ya que el producto húmedo no podría almacenarse. Por lo tanto se obtendría un producto más grueso.

El harneado o clasificación en húmedo de la descarga de un HPGR podría proporcionar mejoras significativas. Tiene ventajas desde el punto de vista de eficiencia de energía ya que esta máquina realiza gran parte del trabajo de molienda y, además, genera una alimentación a los molinos mucho más fina. Esto requeriría de una malla más fina, de 4 mm a 6 mm. Usualmente el harneado fino es menos eficiente, especialmente si el producto del HPGR se comporta como tortas compactas. El harneado en húmedo se haría cargo de desaglomerar el producto de la descarga del HPGR y aumentaría significativamente la eficiencia del harneado, facilitando también la humectación del mineral.

Alternativamente, si el circuito consta de múltiples equipos de chancado y molienda sobredimensionados, las tres etapas podrían combinarse, eliminando así la tolva de almacenamiento intermedio. Este arreglo compensaría la baja disponibilidad de los chancadores convencionales mientras la alta disponibilidad del HPGR le permitiría trabajar en línea con los molinos de bolas.

Desempeño óptimo del HPGR en circuito cerrado

En aplicaciones terciarias, los HPGR están obligados a operar en circuito cerrado. Consecuentemente, la alimentación de los molinos no corresponderá a la “descarga” del HPGR sino a la distribución de tamaños de partículas de la descarga del HPGR y a la abertura de la malla del harnero.

En circuito abierto, el parámetro de operación que influye mayormente en la distribución de tamaño de partículas es la fuerza de presión aplicada a los rodillos. La energía absorbida por el mineral ha demostrado ser proporcional a la fuerza de presión aplicada.

Sin embargo, en un circuito cerrado la influencia de la fuerza de presión en el tamaño de partículas se reduce. Esto se demuestra con dos ejemplos: uno, tomado de las pruebas de una unidad de un equipo semi-industrial y otro, tomado de las pruebas de un equipo de laboratorio.

Los resultados fueron obtenidos en pruebas con una sola pasada para demostrar que éstos son independientes del tamaño de la máquina.

Las fuerzas de presión aplicadas estuvieron dentro de un rango de 2.7 N/mm2 a 4.3 N/mm2 en la unidad semi-industrial, y de 2.3 N/mm2 hasta 8.4 N/mm2 en la unidad de laboratorio. También se midió el impacto de la fuerza de presión sobre la capacidad y el consumo de energía del circuito.

El producto de la clasificación que representa el producto del circuito se calculó en base a una eficiencia de harneado del 100% en la descarga. La malla utilizada fue de 4 mm en la unidad semi-industrial, y de 1 mm en la de laboratorio.

De acuerdo con diferentes proyecciones, en un circuito semi-industrial (cobre, producto <4 mm), el consumo de energía específica incrementó en un 30% mientras que la capacidad del circuito cerrado incrementó solamente un 10%. En tanto, en un circuito tamaño laboratorio (platino, producto <1mm), el consumo de energía específica de molienda se fue incrementando aún más hasta el 100% a 8.2 N/mm2, mientras que la capacidad del circuito cerrado solamente incrementó en un 40%. Estos ejemplos muestran que la operación a mayores fuerzas de presión específicas, 8 N/mm2, reduce la eficiencia de energía drásticamente.

De esta forma, algunas de las conclusiones que se pueden obtener de la operación óptima de un HPGR en circuito cerrado son que la distribución de tamaño de partículas del producto de un HPGR en circuito cerrado con un harnero no está influenciada por la fuerza de presión aplicada; la fuerza de presión aplicada determina la carga circulante y el consumo de energía del circuito HPGR; en minerales duros al incrementar la fuerza de presión se incrementará la capacidad del circuito, pero el consumo de energía aumentará desproporcionadamente; para minerales blandos al incrementar la fuerza de presión podría aún reducirse la capacidad del circuito; la cantidad adicional de finos producidos no compensará por la pérdida de capacidad específica en minerales blandos, resultando en la reducción de la abertura de operación; la fuerza de presión óptima será específica para cada mineral. La fuerza de presión específica hasta 8 N/mm2, como la aplicada en la molienda del cemento, no se ajustan a aplicaciones de minerales, en donde la fineza es sustancialmente más gruesa; y finalmente, la capacidad del circuito puede ser ajustada al variar la fuerza de presión aplicada. Sin embargo, el aumento de consumo de energía es normalmente desproporcionado al aumento de la capacidad. Variar la velocidad de los rodillos es una forma más eficiente para el ajuste de la capacidad del circuito.

Estas consideraciones siguen dejando abierta la pregunta: ¿Qué efecto tendría la aplicación de una fuerza de presión mayor en los requerimientos de energía del proceso de molienda subsecuente?

Requerimientos de energía de los molinos de bolas

Se pueden esperar ahorros significativos de energía en la molienda si la alimentación es producida con un HPGR, eficiencia que puede ser utilizada para aumentar la capacidad en plantas existentes o para obtener un producto más fino si es que el proceso de recuperación lo requiere. En plantas nuevas pueden dimensionarse molinos de bolas más pequeños comparados con los que requeriría un circuito alimentado por trituradoras convencionales.

La reducción en la demanda de energía de los molinos de bolas alimentadas con el producto de un HPGR se ha demostrado en diferentes pruebas. En las pruebas piloto de molinos de bolas realizadas después de las pruebas con HPGR en Kalgoorlie Consolidated Gold Mines PTY Ltd se observó una reducción en el consumo de energía del 20% con el producto central del HPGR, y una reducción del 16% con el producto total, al compararse con el producto de una trituración convencional. Resultados similares fueron reportados en pruebas con mineral de Boddington, y los mismos han sido confirmados con mineral de hierro en Chile.

El consumo de energía en un molino de bolas (w(sp)) se expresa frecuentemente como una función del Índice de Trabajo de Bond (BWI), el tamaño del producto (P80) y el tamaño de la alimentación (F80): W(sp) = BWI * (10/÷P80–10/÷F80)

Este método se utiliza en todo el mundo. Sin embargo, la limitante de la Teoría Bond es que ésta no considera la distribución de partículas de alimentación sino sólo un punto de la distribución, el tamaño F80. En particular, la Teoría Bond no considera ninguna variación en la cantidad de finos que podría existir en el molino de bolas.

Las dos características que promueven la reducción de energía en un producto de HPGR, micro-fracturas y mayor contenido de finos, no necesariamente serán reflejadas en el Índice de Trabajo de Bond.

Polysius ha utilizado durante décadas el molino de bolas de laboratorio (LABMILL) para determinar los requerimientos de energía en la molienda de bolas. Aunque la prueba se realiza en seco y en circuito abierto, puede proporcionar igualmente información sobre los requerimientos de energía para diferentes minerales y para diferentes distribuciones de tamaño aún en molienda húmeda.

Los resultados típicos de una prueba LABMILL se muestran en los gráficos 1 y 2. Ahí se compara la alimentación con diferente distribución de tamaño. Las pruebas fueron conducidas con alimentación con “chancado convencional” y con diferentes distribuciones de tamaño en la “descarga central” y “descarga total” del molino de rodillo de alta presión HPGR.

Los resultados en la 2 muestran la finura del producto a 90 µm y 200 µm como una función lineal de la energía aplicada de acuerdo a la siguiente ecuación F90 µm = a90 µm * E + b90 µm ; donde F90µm es la fineza (acum. % pasante a 90 µm); E es el índice o consumo de energía a F90 µm; “b90 µm” corresponde a la cantidad de mineral de 90 µm en la alimentación (F90 µm, alimentación), y “a90 µm” es la curva mostrando la tasa de incremento en el material de 90 µm producido por kWh/t.

La referencia de las 1 y 2 muestra que el valor “a90 µm” es muy similar para todas las distribuciones de tamaño de alimentación, independientemente de cómo se preparó el mineral o qué cantidad de finos estaba presente en la alimentación. El valor “a90 µm” (ó “a200 µm“) refleja la eficiencia de molienda de un mineral en el LABMILL, y es específico del mineral, similar al Índice de Trabajo de Bond. Este valor es referido como el Índice de Molienda LABMILL. El parámetro “b” refleja la cantidad de finos en la alimentación.

Cabe destacar que la ecuación F90 µm = a90 µm * E + b90 µm se puede redefinir sustituyendo b90 µm = F90 µm, alimentación, resultando en una operación: E (F90 µm) = (F90 µm – F90 µm, alimentación) / a90 µm.

Este método permite hacer las correcciones a los requerimientos de energía para una fineza dada, de acuerdo a la distribución de tamaños de la alimentación. Por ejemplo, con una fracción 80% < 200 µm, la diferencia en el índice de energía del “mineral del centro” hacia el “mineral triturado” es 33%, y a 90 µm, la diferencia correspondiente en el índice de energía es del 25%.

Se llevaron a cabo otra serie de pruebas de LABMILL en un mineral de platino con un alto Índice de Bond de 22,2 kWh/mt. Las pruebas Bond no mostraron ninguna diferencia entre el BWI de un producto de HPGR y uno triturado convencionalmente. Las pruebas con el LABMILL se realizaron para investigar el efecto que tendría la aplicación de fuerzas de presión mayores en los requerimientos de energía en la molienda subsecuente.

En la preparación de las muestras para el LABMILL, dos de ellas fueron procesadas en el HPGR de laboratorio, y una fue triturada convencionalmente. Las fuerzas de presión específica aplicadas en las pruebas del HPGR fueron de 2.2 N/mm2 y 8.4 N/mm2, respectivamente.

En primera instancia las pruebas de LABMILL sirven para fines de comparación de los requerimientos de energía de molienda para minerales con diferencias en su preparación y finura. Estas pruebas podrían también ser utilizadas para proporcionar factores de corrección para el dimensionamiento Bond convencional, considerando las propiedades características de los productos de los molinos de alta presión.

Caracterización de minerales para procesamiento con HPGR

Muchas pruebas han sido desarrolladas para cuantificar el comportamiento de los diferentes minerales en las distintas aplicaciones de trituración y molienda. Es muy importante para los HPGRs: la fineza del producto y la abrasividad del mineral. Estos son los factores que determinan el monto de inversión y los costos de operación de un circuito de molienda de alta presión. A mayor cantidad de finos producidos por los rodillos en una sola pasada, menor sería la carga circulante. Las cargas circulantes ligeras implican equipo de menor tamaño y menor costo de capital, así como menor consumo de energía. La abrasividad de un mineral tiene una relación directa con la disponibilidad y costos por desgaste del equipo.

Sin embargo, la fineza obtenida con la misma fuerza de molienda en diferentes minerales varía significativamente. Las propiedades específicas de un mineral tienen un mayor impacto en la cantidad de finos producida que la fuerza de molienda que se le aplica.

Adicionalmente, los índices de desgaste en los minerales de oro y cobre varían de extremo a extremo en un rango de 2 g/t a 50 g/t. Dos índices han sido particularmente definidos para caracterizar el comportamiento de un mineral en un proceso de molienda de alta presión, el Índice de Abrasión POLYCOM (ATWI) y el Índice de Molienda POLYCOM (PGI).

Indice de molienda POLYCOM PGI

El Índice de Molienda POLYCOM PGI es la cantidad de toneladas de producto de un tamaño entre 250 µm y 1 mm producido en una hora en un HPGR con rodillos de 1 m de diámetro y 1 m de largo, operado a una velocidad de 1 m/s. La producción más fina está relacionada a una fuerza de molienda específica y constante de 3.5 N/mm2. El índice PGI se calcula a partir de los resultados de la prueba.

PGI (1mm) [t/h] = ?F (1mm) / 100 % * m, donde ?F (1 mm) [%] es la producción neta de mineral de menos de 1 mm y m [t*s(/(m3*h)]: capacidad específica de un HPGR.

A mayor índice PGI, mayor es la producción de finos y por lo tanto la factibilidad del mineral para ser procesado con un HPGR.

Indice de abrasión POLYCOM ATWI

La abrasividad de los minerales varía en un rango muy amplio en función de las propiedades físicas y químicas del mineral y de las condiciones de operación. Existen diversas pruebas de abrasión en la industria minera. Sin embargo, ninguna basada en la alta presión como principio de molienda, por lo tanto no pueden ser utilizados confiablemente para determinar el índice de desgaste en un HPGR. La utilización de este principio en la prueba es una precondición para determinar la abrasividad en un HPGR.

En este caso el desgaste se calcula por la pérdida de peso dividida por la cantidad de material procesado, y es expresada en g/t, a este índice de desgaste se le ha designado el nombre ATWI. Normalmente con 100 kg de material puede ser realizada esta prueba.

Este artículo fue elaborado por: Norbert Patzell, Johann Knecht, Andre Klymowsky y

Claudio Delgado / ThyseenKrupp / www.tkic.cl