CONCENTRACIÓN MAGNÉTICA Y
ELECTROSTÁTICA
7. CONCENTRACIÓN MAGNÉTICA
7.1. Introducción
La separación magnética de menas de hierro ha sido utilizada por casi 200 años,
empleando para ello, una amplia variedad de equipos. Los separadores magnéticos
aprovechan la diferencia en las propiedades magnéticas de los minerales componentes
de las menas. Todos los materiales se alteran en alguna forma al colocarlos en un campo
magnético, aunque en la mayor parte de las sustancias, el efecto es demasiado ligero
para detectarlo.
Los materiales se clasifican en dos amplios grupos, según los atraiga o los repela un
magneto: paramagnéticos y diamagnéticos. Los diamagnéticos se repelen a lo largo de
las líneas de fuerza magnética, hasta el punto donde la intensidad de campo ya es muy
leve. Las sustancias diamagnéticas no se pueden concentrar magnéticamente. Los
paramagnéticos son atraídos a lo largo de las líneas de fuerza magnética hasta los puntos
de mayor intensidad del campo.
Los materiales paramagnéticos se pueden concentrar en los separadores magnéticos de
alta intensidad. Ejemplo de minerales paramagnéticos que se separan en los separadores
magnéticos comerciales: ilmenita, rutilo, wolframita, monacita, siderita, pirrotita,
cromita, hematita y los minerales de manganeso. Algunos elementos son
paramagnéticos en sí mismo, tales como, Ni, Co, Mn, Cr, Ce, Ti y los minerales del
grupo del platino, pero en la mayoría de los casos las propiedades paramagnéticas de los
minerales se deben a la presencia de hierro en alguna forma ferromagnética. En la tabla
7.1 se presenta un listado de minerales y la intensidad magnética requerida para su
separación.
El ferromagnetismo se considera como un caso especial de paramagnetismo. Los
minerales ferromagnéticos tienen muy alta susceptibilidad magnética para las fuerzas
magnéticas y retienen algún magnetismo cuando se alejan del campo (remanencia).
Estos materiales se pueden concentrar en los separadores magnéticos de baja intensidad.
Los principales usos de la separación magnética son: a) eliminación o separación de
fragmentos metálicos y; b) procesos de concentración y purificación magnética.
Los separadores magnéticos que eliminan fragmentos metálicos se utilizan
generalmente para proteger equipos, tales como trituradoras, pulverizadores, etc. Son
normalmente aplicados sobre materiales secos o sobre materiales que contengan
solamente humedad superficial. Los separadores más comúnmente utilizados son:
tambores o poleas magnéticas, electroimanes suspendidos, placas magnéticas, parrillas
magnéticas y detectores de metales.
En relación a los separadores magnéticos empleados en procesos de concentración y
purificación magnética, generalmente, la concentración magnética involucra la
separación de una gran cantidad de producto magnético desde la alimentación de
características magnéticas, mientras que la purificación considera la eliminación de
pequeñas cantidades de partículas magnéticas desde una gran cantidad de material de
Tabla 7.1. Intensidad magnética requerida en la separación magnética de diferentes
minerales.
Intensidad magnética requerida para la
separación
500 – 5.000
5.000 – 10.000
10.000 – 18.000
18.000 – 23.000
Mineral
Fuertemente magnéticos
Magnetita, franklinita, leucita, sílice,
pirrotita
Moderadamente magnéticos
Ilmenita, biotita, granate, wolframita
Débilmente magnéticos
Hematita, columbita, limonita, pirolusita,
rodocrosita, siderita, manganita
Pobremente magnéticos
Rutilo, rodonita, dolomita, tantalita,
cerusita, epídota, monacita, fergusonita,
zircón, cerargirita, argentita, pirita,
esfalerita, molibdenita, bornita, wilemita,
tetraedrita, scheelita
alimentación no magnético. Los separadores magnéticos y purificadores se dividen en:
a) separadores del tipo húmedo o por vía húmedo y; b) separadores del tipo seco o por
vía seca.
En la separación magnética la unidad más comúnmente usada es el Gauss (G). La fuerza
magnetizadora que induce las líneas de fuerza a través de un material se llama
intensidad de campo. La intensidad del campo magnético se refiere al número de líneas
de flujo que pasan a través de una unidad de área. La capacidad de un magneto para
elevar un mineral particular depende no solamente del valor de la intensidad de campo,
sino también del gradiente de campo, es decir, de la velocidad a la cual aumenta la
intensidad de campo hacia la superficie magnética. El gradiente del campo magnético se
asocia a la convergencia del campo magnético. Donde las líneas de fuerza convergen se
induce un alto gradiente.
En todos los separadores magnéticos, ya sean de alta o de baja intensidad, o para
trabajar en seco o en húmedo, se deben incorporar ciertos elementos de diseño. Una
partícula magnética que entra al campo no solo será atraída a las líneas de fuerzas, sino
que también migrará a la región de mayor densidad de flujo, lo cual ocurre al final del
punto. Esta es la base de la separación magnética.
Los separadores magnéticos pueden ser del tipo electroimanes o imanes permanentes.
Los electroimanes utilizan vueltas de alambre de cobre o de aluminio alrededor de un
núcleo de hierro dotado de energía con corriente directa. Los imanes permanentes no
requieren de energía exterior, las aleaciones especiales de estos imanes continúan
produciendo un campo magnético a un nivel constante en forma indefinida después de
su carga inicial, a menos que sean expuestos a influencias desmagnetizadoras.
En el separador se deben incorporar las medidas necesarias para regular la intensidad
del campo magnético y así permitir el tratamiento de varios tipos de materiales. Esto se
logra fácilmente en los separadores electromagnéticos variando la corriente, mientras
que en los separadores que utilizan magnetos permanentes, se puede variar la distancia
interpolar.
La introducción de nuevas aleaciones magnéticas, normalmente incorporando uno o
más elementos tierras raras, ha permitido a los separadores magnéticos operar con
campos magnéticos mucho mayores que los normales, posibilitando la aplicación a
menas que contienen minerales levemente magnéticos. En este contexto se pueden
destacar los separadores de tambor Magnadrum (magnetos de tierras raras basados en
un elemento magnético muy fuerte : neodimio-hierro-boro); el separador de tambor con
tierras raras Magforce de la Carpco también construido con tierras raras, los cuales son
utilizados exitosamente para separar una amplia variedad de minerales, en un rango de
tamaño de 12,5 mm a 0,074 mm.
Configuraciones de magnetos permanentes especiales pueden ser utilizados para dar
campos magnéticos de alta intensidad. Los campos de alta intensidad permiten la
remoción de minerales contaminantes débilmente magnéticos desde concentrados no
magnéticos de arena vidriosa, talco, caolín, etc.
7.2. Imanes Permanentes
Hay una vasta gama de imanes permanentes: ferritas, tierras raras, Alnicos, entre otros.
Ferritas: Estos imanes tuvieron su inicio el año 1952. Actualmente estos imanes
conocidos como cerámicos, son los que poseen costos menores. Son resistentes a la
corrosión, a los ácidos, sales lubricantes y gases. La máxima temperatura de trabajo es
de 250 ºC.
Alnicos: Los imanes AlNICo (aleación de aluminio, níquel, cobalto y hierro) son
fabricados a través de un proceso de fundición. Los primeros imanes fueron
desarrollados en 1930. Los imanes AlNiCo tienen buena resistencia a la corrosión y
pueden ser utilizados en ambientes con temperatura de hasta 500-550 ºC, manteniendo a
estas temperaturas buena estabilidad.
Samario-Cobalto (SmCo): Los imanes de samario-cobalto (SmCo) fueron
desarrollados en 1960, como resultado de investigaciones de nuevos materiales
magnéticos basados en aleaciones de Fe, Co, Ni, tierras raras. A pesar de las excelentes
propiedades magnéticas y resistencia a la temperatura (hasta 250 ºC), el alto costo de
estos imanes puede limitar sus aplicaciones. Poseen razonable resistencia a la corrosión
y no necesitan de revestimientos particulares. Debido a su elevada fragilidad deben ser
manejados con cuidado.
Neodímio-Hierro-Boro (NdFeB): Los imánes de neodímio-hierro-boro, también
conocidos como tierras raras o “súper imanes”, entraron en el mercado en 1980. En la
actualidad, es el material magnético más moderno. Poseen las mejores propiedades de
todos los imanes existentes y una increíble relación inducción/peso. A pesar de tener
una resistencia a la temperatura menor que la del SmCo, el costo es muy competitivo.
Son altamente susceptibles a la corrosión y deben casi siempre poseer revestimiento.
Son normalmente niquelados, tratados con cinc o revestidos con resina epóxi. La
máxima temperatura de trabajo es 180 ªC.
7.3. Separadores Magnéticos para la Separación de Fragmentos Metálicos
Existen varios equipamientos magnéticos para la separación de fragmentos metálicos,
tales como, placas magnéticas, poleas, separadores suspendidos, tambores.
Placas magnéticas: Los fragmentos o piezas metálicas que van por conductos y
canaletas inclinadas (chutes), son eliminados adhiriéndose en una placa magnética a
medida que el materia se desliza por el canal o conducto. Este equipo debe ser limpiado
periódicamente. Estas placas funcionan en forma electromagnética o mediante imanes
permanentes. En la figura 7.1 se muestran los lugares donde se ubican las placas
magnéticas.
Poleas: Las poleas son utilizadas en la separación automática de impurezas ferrosas que
contaminan productos transportados por correas transportadoras u otros sistemas.
Debido a la gran capacidad de atracción, protegen trituradoras, molinos, y otras
máquinas en el tratamiento de minerales, así como a las propias correas transportadoras.
Las poleas son montadas en un cilindro de acero inoxidable de gran resistencia
mecánica, en cuyo interior se encaja la bobina, en el caso de las poleas
electromagnéticas, o el conjunto de imanes permanentes, en el caso de las poleas
magnéticas. El campo magnético es generado a lo largo de toda la superficie de la polea.
Diferentes poleas magnéticas se presentan en la figura 7.2.
Tambores: A diferencia de las poleas, los tambores son instalados exteriormente a la
correa transportadora. Se aplican para la limpieza automática de productos
transportados por cintas o en caída libre. Igual que en el caso de las poleas, el campo
magnético se puede originar de dos formas: mediante una bobina electromagnética o a
través de un conjunto de imanes permanentes. Los tambores pueden captar pedazos de
hierro de peso y tamaños considerables. Son los separadores ideales para materiales
finos.
Separadores suspendidos: Estos equipos separan las impurezas o piezas ferrosas del
material no magnético transportado por correas, alimentadores vibratorios, etc., sin
ninguna necesidad de intervención manual y sin la interrupción del flujo. Estos
separadores son instalados externamente al transportador (evitando modificaciones al
sistema pre existente) y captan el material ferroso que pasa sobre o bajo el separador. La
limpieza puede ser hecha de dos maneras: manualmente o automáticamente. Los
separadores de limpieza manual requieren, de tiempo en tiempo, que un operador retire
manualmente el material ferroso a él adherido, mientras que los separadores de limpieza
automática poseen un sistema automático de limpieza. En estos equipos el campo
magnético puede ser generado de dos formas distintas: a través de una bobina
energizada (separadores electromagnéticos) o, a través de imanes permanentes
(separadores magnéticos). En la figura 7.3 se muestran diferentes separadores
magnéticos suspendidos.
Figura 7.1. Placas magnéticas. Diferentes lugares de instalación de placas magnéticas y
una placa magnética de alta intensidad con magneto de tierras raras.
Figura 7.2. Operación de diferentes poleas magnéticas.
Figura 7.3. Diferentes separadores magnéticos suspendidos.
Parrillas magnéticas: Consiste en una serie de barras magnetizadoras y se utiliza para
eliminar tanto partículas finas de hierro como fragmentos metálicos. Este equipo debe
ser periódicamente limpiado. Las parrillas magnéticas están disponibles en el mercado
con imanes convencionales o con imanes de tierras raras, estos últimos son de alta
intensidad y pueden extraer del producto, contaminaciones ferrosas finas y débilmente
magnéticas.
Detectores de metales: En aquellos casos en que los fragmentos metálicos no
responden positivamente a los efectos magnéticos, se utiliza un detector electrónico de
metales para indicar su presencia. Los detectores magnéticos son a veces utilizados para
detectar fragmentos o piezas metálicas allí donde no puede emplearse o instalarse un
adecuado separador convencional. Se encuentran disponibles en el mercado detectores
con alto nivel de sensibilidad para ser instalados en torno de la correa transportadora, y
detectores con bajo nivel de sensibilidad.
7.4. Separadores Magnéticos que Operan como Concentradores y Purificadores
7.4.1. Separadores magnéticos por vía húmeda
Tres tipos de separadores magnéticos por vía húmeda son los más frecuentemente
usados:
Separadores de tambor con magnetos permanentes y electromagnéticos.
Filtros magnéticos.
Separadores magnéticos de alta intensidad por vía húmeda.
Los separadores de tambor por vía húmeda son equipos utilizados como unidades de
recuperación en plantas de medios densos, en la concentración de minerales de hierro
ferromagnéticos y, los separadores de alta intensidad se aplican en la separación de
minerales débilmente magnéticos. Los filtros magnéticos son utilizados para eliminar o
separar partículas ferromagnéticas finas de los líquidos o suspensiones de líquidos. Los
separadores de alta intensidad por vía húmeda son aplicados para la separación de
materiales débilmente magnéticos de los sólidos contenidos en suspensión líquida. Los
tambores magnéticos por vía húmeda y los separadores magnéticos de alta intensidad
por vía húmeda están diseñados para la descarga magnética continua. Los filtros
magnéticos acumulan las partes magnéticas y el elemento filtrante tiene por lo tanto que
ser periódicamente desmontado y limpiado.
7.4.1.1. Separadores magnéticos de tambor
En estos separadores se pueden utilizar magnetos permanentes o electromagnetos, sin
embargo la tendencia actual es la substitución de estos últimos por magnetos
permanentes debido a los avances y desarrollos que se han alcanzado con nuevos
materiales (magnetos de tierras raras, por ejemplo).
En el mercado están disponibles los separadores de baja intensidad y los de alta
intensidad. Las unidades de baja intensidad son fabricados con imanes permanentes y
son recomendados para la separación magnética de minerales fuertemente magnéticos,
como magnetita y martita. Los equipos de alto gradiente (con tierras raras), son
recomendados para la separación magnética de minerales débilmente magnéticos,
contaminantes de menas de casiterita, cobre u otros o; para la concentración magnética
de minerales magnéticos como hematita e ilmenita. En la figura 7.4 se presentan
diferentes tipos básicos de arreglos de magnetos permanentes.
Los separadores de tambor están disponibles en el mercado en tamaños con diámetros
de 24” a 48” y con anchos de hasta 120”.
Para atender las diferentes aplicaciones, los separadores de tambor en húmedo se
dividen en tres tipos: concurrentes, contra-rotación y contracorriente. Básicamente, la
mayor diferenciación entre estos tipos de separadores está en el diseño del estanque y en
la dirección del flujo de alimentación en relación a la rotación del tambor.
Separadores de tambor del tipo concurrente. El concentrado se lleva hacia delante
por el tambor y pasa a través de una abertura donde se comprime y desagua antes de
dejar el separador. Estos separadores son de gran eficiencia para las operaciones en que
se desea un concentrado magnético extremadamente limpio a partir de una alimentación
relativamente gruesa. Es utilizado en la concentración de menas magnéticas gruesas
(menor que ¼”) y relativamente libre de ultrafinos (un 15 a 22 % máximo de tamaño
inferior a 200 mallas). Son ampliamente usados en los sistemas de recuperación de
medio denso.
Separadores de tambor del tipo contra-rotación. En estos separadores la
alimentación fluye en dirección opuesta a la rotación. Este tipo se utiliza ampliamente
en operaciones de desbaste (rougher), donde es más importante obtener menores
perdidas de material magnético en los relaves que un concentrado limpio. Se aplica a
materiales con granulometría inferior a 40 mallas (a veces hasta materiales inferiores a
10 mallas).
Separadores de tambor del tipo contra corriente. En estos separadores las colas son
forzadas a viajar en dirección opuesta a la rotación del tambor, y se descarga en el
interior del canal de colas. Se utiliza para operaciones de limpieza aplicada a materiales
de granulometría fina, menores a 65 mallas o más finos.
Para operaciones de recuperación de medio denso es deseable, en algunos casos, hacer
una combinación entre los tipos concurrentes/contra-rotación para asegurar una
recuperación óptima de magnetita o ferrosilicio. En ese caso, los relaves generados en
una etapa realizada con separadores del tipo concurrente son retratados en una etapa
donde se utilizan separadores del tipo contra-rotación.
En la figura 7.5 se muestran separadores magnéticos de tambor en húmedo del tipo
concurrente, contra-rotación y contracorriente.
Figura 7.4. Diferentes arreglos básicos de magnetos permanentes.
Figura 7.5. Separadores magnéticos de tambor en húmedo del tipo: (a) concurrente, (b)
contra-rotación y (c) contracorriente.
7.4.1.2. Filtros magnéticos
Los filtros magnéticos incorporan un elemento filtrante inductivamente magnetizado
por un electroimán externo o fuente permanente. El material a limpiar se hace pasar a
través de este elemento, en el que son recogidas las partes magnéticas. Periódicamente,
el elemento filtrante tiene que ser desmontado y limpiado, para sacar las partículas
magnéticas acumuladas.
Los filtros magnéticos son equipos que se aplican en el tratamiento de productos finos, a
través de la separación en vía húmeda de pequeños porcentajes de contaminantes
ferrosos débilmente magnéticos, contenidos en el producto. Operan con matrices de
separación y generan campos magnéticos de alta intensidad (hasta 10.000 Gauss),
siendo recomendados para el tratamiento de caolín, talco, feldespatos, y otros.
7.4.1.3. Separadores magnéticos de alta intensidad por vía húmeda
El desarrollo de los separadores magnéticos de alta intensidad en húmedo fue uno de los
hechos más importantes del punto de vista económico, en la historia de la tecnología de
la separación de minerales. La posibilidad de beneficiar grandes masas de menas
débilmente magnéticas, principalmente menas de hierro, con alta recuperación,
inclusive en las fracciones ultra-finas (menores que 200 mallas), solo fue alcanzada con
el desarrollo de estos separadores magnéticos continuos en húmedo.
Los elementos básicos que constituyen un sistema de separación en húmedo de alta
intensidad, son los siguientes:
Una bobina electromagnética que actúa como fuente de campo magnético.
Un anillo circular o disco, que gira en un plano horizontal entre los polos
creados por las bobinas y que contiene elementos que evitan la dispersión del
flujo magnético (matriz magnética), generando al mismo tiempo condiciones de
no homogeneidad de las líneas de flujo.
Dispositivo para la alimentación de la pulpa y agua de lavado (tanto la
alimentación como el lavado con agua se pueden hacer en varios puntos en el
mismo rotor).
“Chutes” o dispositivos colectores para productos magnéticos, no magnéticos y
productos medios, cuando éstos existen.
Las partículas magnéticas son retiradas por la matriz, mientras que las no magnéticas
son arrastradas a través del volumen magnetizado dirigiéndose a los chutes de colección
y descarga. Las partículas magnéticas, por el giro del rotor, dejan la zona magnetizada
promoviéndose un lavado con agua para la colección en el chute apropiado.
Los diferentes separadores existentes en el mercado utilizan básicamente los mismos
elementos constructivos y el mismo principio de operación. Difieren, unos de otros, por
el número de polos y por el tipo de matriz ferromagnética que utilizan.
El primer separador magnético de alta intensidad y continuo que apareció en el
mercado, fue proyectado y construido en un trabajo conjunto entre la American Metal
Climax y la Carpco Research and Engineering Inc., y es conocido como Separador
Carpco-Amax. Posteriormente fue construida la versión continua de un separador
cíclico desarrollado en Inglaterra, el separador magnético en húmedo de alta intensidad
Jones, fabricado y comercializado bajo licencia por la KHD Industrieanlagem AG de
Alemania. En la figura 7.6 se muestra un diagrama esquemático del separador
magnético Jones de alta intensidad en húmedo tipo carrusel.
La INBRÄS-ERIZ comercializa el separador electromagnético de carrusel (WHIMS) de
alta intensidad, recomendado para la separación magnética en vía húmeda de
contaminantes ferrosos débilmente magnéticos contenidos en productos de minerales
pesados, arena para vidrio, fosfato, etc. Se encuentra disponible desde unidades piloto
de modelo CF-5 hasta unidades industriales, tales como el modelo CF-1200D, con una
capacidad de 120 ton/h. En esa misma línea de equipamientos la INBRÁS-ERIEZ
produce el concentrador electromagnético de carrusel del tipo “SHP”, equipamiento de
alta intensidad aplicado en la concentración magnética de menas de hierro y que está
disponible en unidades de 150 ton/h de capacidad.
Las aplicaciones principales de los separadores magnéticos de alta intensidad en
húmedo son las siguientes:
Producción de un concentrado magnético cuando el mineral magnético es el
producto requerido (por ejemplo: hematita, pirrotita, siderita, ilmenita, menas de
cromo, manganeso, tungsteno, cinc, niquel, tantalio/niobio, molibdeno y otros
minerales con características magnéticas)
Mejoramiento de las leyes por la remoción de impurezas cuando el mineral no
magnético es el producto requerido (por ejemplo: arenas vidriosas, apatita,
arcilla, talco, caolín, feldespato, carbón, barita, grafito, bauxita, casiterita, etc.).
Preconcentración para un tratamiento adicional por un proceso diferente (por
ejemplo: minerales de uranio, oro, platino, cromo, manganeso, hierro, escorias,
residuos, etc.).
Recuperación de ilmenita, granate, cromita y monacita dentro de los magnéticos,
y rutilo, leucoxeno, y zircón dentro de las fracciones no magnéticas de los
minerales presentes en arenas.
Recuperación de finos de menas de hierro incluyendo hematita especular,
itabirito, taconita y limonita.
Remoción de gangas magnéticas desde casiterita, menas de tungsteno, arenas de
vidrio y una variedad de productos de la industria de minerales.
Figura 7.6. Separador magnético Jones de alta intensidad en húmedo tipo carrusel.
7.4.2. Separadores magnéticos por vía seca
7.4.2.1. Separadores magnéticos de banda transversal de alta intensidad
El separador magnético de banda transversal coge los materiales magnéticos y los quita
de la cinta de alimentación descargándolos en un lado. La concentración es por
elevación directa, y el producto magnético es limpio y libre de materiales no magnéticos
atrapados. La banda transversal ha sido utilizada para concentrar wolframita, monacita,
y otros productos minerales de valor. Son equipos de baja capacidad. En la figura 7.7. se
presenta un separador magnético de banda transversal de alta intensidad.
Las principales aplicaciones son las siguientes:
Recuperación de minerales finos no magnéticos (rutilo) desde relaves
magnéticos molidos.
Concentración de minerales no magnéticos (casiterita) desde minerales
magnéticos.
Producción de wolframita, tantalita y otros minerales magnéticos de alto valor
unitario.
7.4.2.2. Separadores magnéticos de rodillo de alta intensidad
El separador de rodillo inducido es usado tanto en operaciones de purificación como de
concentración. Pueden ser aplicados en la concentración de minerales pesados tales
como ilmenita, monacita y granada a partir de arenas de playa; reducción de óxidos de
hierro en sienitos nefelínicos, dolomita y borax; remoción de cromita y pirrotita en
concentrados diamantíferos o en concentración misma de cromita, wolframita, titanio,
rutilo y manganeso.
Los separadores de rodillo inducido son fabricados con varias combinaciones de
rodillos de tal forma que los no magnéticos van siendo retratados en etapas sucesivas.
En estos separadores el material tratado debe estar seco para tener un flujo uniforme y
debe encontrarse en el rango de granulométrico de 8 a 150 mallas para alcanzar buenos
resultados. Los mejores resultados son obtenidos utilizando rangos granulométricos
estrechos.
Algunas aplicaciones de los separadores de rodillo inducido serían las siguientes:
Remoción de ilmenita desde concentrados de rutilo.
Limpieza magnética final del zircón.
Remoción de contaminaciones de hierro desde arenas vidriosas y minerales de
hierro desde productos industriales.
El separador magnético de rodillos de tierras raras (RE-Roll) de la INBRÄS-ERIEZ,
construido con imanes de tierras raras, de alta intensidad y de elevado gradiente, se
Figura 7.7. El separador magnético de banda transversal de alta intensidad.
fabrica con rodillos de 5” hasta 60” de ancho y en diámetros de 3” o 4”, lanzándose más
recientemente la versión con rodillo de 12” de diámetro. Estos separadores se
encuentran disponibles con 1, 2 o 3 rodillos, posicionados en cascada en el mismo
equipamiento y son recomendados para la separación o concentración magnética en vía
seca, de minerales débilmente magnéticos. También está disponible en el mercado el
separador magnético de rodillos de alta intensidad, Magnaroll 2000, que ofrece la
Australian Magnetic Solutions en cooperación con la Magnapower Ltd., y que es
fabricado con magnetos permanentes de tierras.
El esquema de un separador magnético de rodillo inducido de tres etapas en seco se
muestra en la figura 7.8, mientras que en la figura 7.9 se presenta un separador
magnético de rodillo de alta intensidad, Magnaroll.
7.4.2.3. Separadores magnéticos de tambor por vía seca, de baja, mediana y alta
intensidad
Para la concentración de menas de hierro magnetíticos, purificación de escorias
finamente molidas, arenas de fundición y materiales en la industria del cemento, están
disponibles los separadores de tambor de alta velocidad y baja intensidad para
beneficiamiento en seco. Estos separadores utilizan además de la fuerza magnética y de
la fuerza de gravedad, el efecto de centrifugación en la obtención de una mejor
separación. Emplean una velocidad periférica de 90 a 450 m/min y tienen una capacidad
de 15 a 50 ton/h por metro de ancho del tambor. Las capacidades mayores se presentan
para materiales más gruesos, y algunos fabricantes señalan una capacidad de hasta 120
ton/h por metro de ancho en operaciones de desbaste con menas magnéticas en el rango
granulométrico de 1” a ¼”. Son más eficientes en la separación de materiales ya
clasificados en rangos granulométricos más estrechos, pudiendo separar materiales en
rangos de tamaños gruesos (por ejemplo, entre 1” y ¼”) y en rangos granulométricos
relativamente finos (por ejemplo, 100 mallas). Como regla general, se debe señalar que
cuanto más fino es el material mayor debe ser la velocidad periférica. Los tamaños más
comunes para este tipo de tambor son 36” de diámetro y hasta 120” de ancho.
Recientemente, separadores de tambor de alta intensidad con magnetos permanentes de
tierras raras para operaciones en vía seca están disponibles en el mercado. La INBRÁSERIZ ofrece unidades de potencia media de diámetro 12” y en unidades de alta potencia
de 15” a 20”. Este separador se aplica en la separación o en la concentración de
minerales medianamente magnéticos (unidades de diámetro 12”) o de minerales
débilmente magnéticos (unidades de 15” y 24” de diámetro).
Separadores magnéticos de tambor de mediana y alta intensidad para operar en seco son
fabricados por Eriez Magnetics, International Process Systems Inc., KHD Humbold
Wedag AG, Elektromag, entre otras empresas.
Figura 7.8. Esquema de un separador magnético de rodillo inducido en seco de tres
etapas.
Figura 7.9. Separador magnético de rodillo de alta intensidad en seco, Magnaroll.
7.5. Aplicaciones Generales de los Separadores Magnéticos que Utilizan Magnetos
Permanentes de Tierras Raras
Los separadores magnéticos con magnetos permanentes de tierras raras incorporan
recientes avances en la tecnología de magnetos, usando magnetos permanentes de
aleaciones de tierras raras de alta calidad. Estos magnetos y las innovaciones en
ingeniería permiten alcanzar una alta efectividad en la separación en seco de minerales
paramagnéticos, con una elevada capacidad de tratamiento.
Las aplicaciones más importantes de los separadores magnéticos de rodillo con
magnetos de tierras raras y separadores magnéticos de tambor con magnetos de tierras
raras serían las siguientes:
Producción de concentrado de ilmenita basada en las razones TiO2/Fe 2O3.
Mejoramiento de las leyes de estaurolita y granate dentro de los magnéticos y
producción de zircón dentro de los no magnéticos.
Producción de arenas vidriosas
Eliminación de impurezas magnéticas desde concentrados de gemas preciosas.
Reducción de contaminante de hierro desde acopios de alimentación granular.
Aplicaciones en procesos de reciclaje, procesamiento de alimentos, industria
farmaceutica e industria de abrasivos.
8. CONCENTRACIÓN ELECTROSTÁTICA
8.1. Introducción
El principio de la separación electrostática está basado en el hecho de que si uno de los
materiales en una mezcla de partículas pueden recibir una carga superficial al entrar a
un campo electrostático, las partículas de este material serán repelidas por uno de los
electrodos y atraídas hacia el otro, dependiendo del signo de la carga de las partículas.
Las técnicas convencionales de separación electrostática emplean las fuerzas
desarrolladas entre partículas cargadas y los electrodos de campo para establecer
trayectorias, y a partir de éstas tornar efectiva la separación. El arte y al ciencia de la
concentración electrostática se encuentra en la habilidad de cargar selectivamente una o
más especies minerales que componen una mezcla, tornándolas de comportamiento
diferente en el campo eléctrico.
La separación electrostática es aplicada como un proceso de concentración sólo a un
pequeño número de minerales, sin embargo, donde ella se aplica, es altamente exitosa.
Es frecuente combinarla con separación gravitacional y magnética para tratar minerales
no sulfuros.
La mayor aplicación de la separación electrostática ha sido en el procesamiento de
arenas de playa y depósitos aluviales conteniendo minerales de titanio. Hay pocas
plantas de tratamiento de arenas de playa en el mundo, que no usan la separación
electrostática para separar rutilo e ilmenita de zircón y monacita. La mayoría del rutilo y
zircón se produce en Australia, y todas las plantas utilizan separación electrostática. La
separación electrostática es usada también en otros minerales, tales como: casiterita,
columbita, minerales de ganga obtenidos desde concentración de ilmenita, hematita, etc.
8.2. Componentes de la Concentración Electrostática
Los sistemas de separación electrostática contienen a lo menos cuatro componentes:
Un mecanismo de carga y descarga.
Un campo eléctrico externo.
Un sistema que regule la trayectoria de las partículas no eléctricas.
Un sistema de colección para la alimentación y productos.
Los mecanismos de carga y descarga resultan de una de las siguientes categorías de
distribución de carga:
Partículas de dos especies diferentes entran en un campo eléctrico en una zona
de separación portando una carga eléctrica de signo opuesto.
Partículas de dos especies diferentes entran en una zona de separación donde un
solo tipo de partícula lleva una carga eléctrica significativa.
Partículas entran en la zona de separación, de modo que partículas de diferentes
especies llevan carga del mismo signo, pero la magnitud de la carga eléctrica es
significativamente diferente.
Partículas de diferentes especies entran en la zona de separación con momentos
bipolares significativamente diferentes.
Se requiere un campo eléctrico, el cual es definido por alguna configuración de límites
equipotenciales y una fuente de alto voltaje. Los rangos de potencial eléctrico son del
orden de 10 a 100 kV y generalmente son unidireccionales.
La separación física de dos tipos de partículas es siempre realizada ajustando las fuerzas
y el tiempo que actúan estas fuerzas sobre éstas, de modo que partículas de diferentes
tipos tendrán trayectorias diferentes en tiempos predeterminados. En adición a las
fuerzas eléctricas, es generalmente ventajoso utilizar fuerzas de gravedad, centrífuga, o
fricción, para efectuar una clasificación selectiva.
8.3. Mecanismos para Cargar Partículas
A pesar de que hay varias formas de cargar partículas, sólo tres mecanismos de cargado
son usados en la separación electrostática comercial:
Cargado mediante electrificación por contacto y fricción.
Cargado por bombardeo de iones o electrones.
Cargado por inducción conductiva.
8.3.1. Cargado de partículas mediante electrificación por contacto
Se observa que cuando superficies de minerales no similares son colocadas en contacto,
intercambian cargas entre sí con la consecuente perturbación del equilibrio individual.
La electrificación por contacto es conocida también como electrificación por roce. En
esta forma de cargado eléctrico, partícula contra partícula, el área de contacto es
normalmente muy pequeña tornándose necesario promover a través de la acción
mecánica el revolvimiento de estas partículas, generando de esta forma apreciable carga
media superficial. Si el material está constituido de partículas levemente conductoras, la
densidad de carga resultante frecuentemente se torna suficiente para ser utilizada en un
mecanismo de separación eléctrica. Se observa que si no hay un intenso contacto de
partículas unas contra otras, la separación no es verificable.
La electrificación por contacto es el mecanismo más frecuentemente usado para cargar
partículas selectivamente, y permitir una separación electrostática de dos especies de
materiales dieléctricos. Ejemplos típicos son la separación de feldespatos desde cuarzo;
cuarzo desde apatita y; halita desde silvita.
Como regla general, si dos materiales dieléctricos son contactados y separados, el
material con la constante dieléctrica mayor se carga positivamente. Sin embargo, en el
caso de los minerales esto no es particularmente así, ya que las propiedades eléctricas de
un mineral pueden variar ampliamente debido a la presencia de trazas de impurezas.
En la figura 8.1. se muestra el diseño esquemático de un separador electrostático de
caída libre, basado en el cargado de partículas por electrificación por contacto.
Los datos y resultados de una separación electrostática típica de laboratorio utilizando
una mezcla artificial de fosfato y cuarzo se presentan a continuación:
Flujo de alimentación: 200 lb/h por pulgada de ancho del electrodo.
Espaciamiento de los electrodos: 6 pulgadas.
Diferencia de potencial entre los electrodos: 60.000 V.
Tamaño de partículas: 0,15 a 0,30 mm.
Tabla 8.1. Resultados de separación electrostática a escala de laboratorio de una mezcla
artificial de fosfato y cuarzo.
Productos
Alimentación
Concentrado
Relave
% Peso
100
47
53
% Fosfato
50
97,1
8,2
% Cuarzo
50
2,9
91,8
Sin embargo, es importante señalar que la separación electrostática de una mena a
escala industrial no es fácil. En general, los productos finales que se obtienen resultan
de varias etapas de limpieza y scavenger.
8.3.2. Cargado por corona – El separador de alta tensión
Cuando la mena está compuesta de una mezcla de minerales buenos y malos
conductores eléctricos, la mezcla puede ser separada generalmente por el uso de
procesos de alta tensión. Aplicaciones típicas son la separación de rutilo e ilmenita
(conductores) desde zircón y otros minerales no conductores encontrados en arenas de
playa, y la separación de cuarzo (aislante) desde especularita (conductor).
En este tipo de separación electrostática todas las partículas, conductoras y no
conductoras, son cargadas debido al alto campo eléctrico producido por el electrodo de
corona ionizado que genera un flujo de iones. La separación electrostática de cargado
por corona, llamada separación por corona, se puede aplicar para la separación de
partículas con diferentes conductividades debido al fuerte campo eléctrico aplicado.
En los separadores de alta tensión la alimentación se realiza en el rotor (tambor
rotatorio) conectado a tierra y entra al campo de un electrodo ionizado cargado. Las
partículas alimentadas aceptan una carga por bombardeo de iones. Las partículas
conductoras pierden su carga en el rotor conectado a tierra y son lanzadas desde la
superficie del rotor por la fuerza centrífuga, lejos de la superficie del rotor. Las
partículas no conductoras no son capaces de disipar su carga rápidamente en el rotor, y
de ese modo, son atraídas a la superficie del rotor. En la figura 8.2 se presenta un
separador electrostático de alta tensión.
Figura 8.1. Separador electrostático de caída libre basado en le cargado mediante
electrificación por contacto.
Figura 8.2. Separador electrostático de alta tensión.
Con respecto al comportamiento de algunos minerales frente a un separador de alta
tensión, se puede señalar lo siguiente: minerales fijados al rotor del equipo (no
conductores): apatita, barita, calcita, corindón, granate, yeso, monacita, scheelita,
turmalina, zircón; minerales que son lanzados del rotor del equipo (conductores):
casiterita, cromita, galena, oro, diamante, hematita, magnetita, rutilo, esfalerita,
wolframita.
Un separador de alta tensión tiene una capacidad de alrededor de 1000 a 1200 lb/h por
pie de rotor. Los rotores de estos equipos que son utilizados para arenas de playa, son
generalmente de 6 pulgadas de diámetro y 5 pies de largo, y normalmente operan a la
velocidad de 300 a 500 rpm.
8.3.3. Cargado por inducción
Si una partícula se coloca sobre un conductor conectado a tierra en la presencia de un
campo eléctrico, la partícula desarrollará rápidamente una carga superficial por
inducción. Ambas, las partículas conductoras y no conductoras llegarán a ser
polarizadas, pero la partícula conductora tendrá una superficie completamente
equipotencial. La partícula no conductora permanecerá polarizada. Este tipo de
mecanismo de cargado de partículas se muestra en la figura 8.3.
En el cargado por inducción la mezcla de minerales a ser separada se alimenta a un
tambor que rota y pasa a través de un campo eléctrico generado por un electrodo tubular
de alto voltaje. Las partículas conductoras obtienen carga por inducción por un periodo
corto de tiempo, dependiendo de su superficie conductiva. La carga inducida tiene una
polaridad inversa a la del electrodo de alto voltaje. Por lo tanto, una fuerza atractiva se
originará hacia el electrodo con respecto a las partículas conductoras, con lo cual las
partículas serán dirigidas desde la superficie del rotor en dirección del electrodo. Las
partículas no conductoras no se cargarán significativamente durante su residencia en el
rotor y su carga será pequeña para afectar un movimiento hacia el electrodo de alto
voltaje.
Equipamientos comerciales típicos incluyen el separador tipo rodillo (figura 8.4) y el
separador de placa inclinada (tobogán) (figura 8.5). La capacidad de estas máquinas es
de alrededor de 300 a 1400 lb/h por pie de ancho del electrodo.
En Australia en el tratamiento de arenas de playa, se utiliza extensivamente el separador
electrostático Reichert de placa tipo harnero (figura 8.6). Este separador se usa para
limpiar las partículas no conductoras concentradas previamente por el uso de una
máquina de descarga por corona. Las partículas conductoras pasan a través del electrodo
del harnero como concentrado. Debido a que la electrificación por contacto es también
un mecanismo activo, la polaridad de los electrodos es muy importante. La capacidad de
estas máquinas para aplicaciones en arenas de playa es de alrededor de 1,5 ton/h,
utilizando un separador de 6 pies de ancho.
Figura 8.3. Partículas cargadas por inducción.
Figura 8.4. Separador electrostático tipo rodillo.
Figura 8.5. Separador electrostático de palca inclinada (tobogán).
Figura 8.6. Separador electrostático Reichert de placa tipo harnero.
8.4. Separadores Electrostáticos
8.4.1. Separadores electrostáticos electrodinámicos
Los separadores electrostáticos del tipo electrodinámicos son comúnmente llamados
separadores de alta tensión. En estos separadores la alimentación se realiza en el rotor
(tambor rotatorio) conectado a tierra y entra al campo de un electrodo ionizado cargado.
Las partículas alimentadas aceptan una carga por bombardeo de iones. Las partículas
conductoras pierden su carga en el rotor conectado a tierra y son lanzadas desde la
superficie del rotor por la fuerza centrífuga, ellas entonces están bajo la influencia del
campo electrostático del electrodo no ionizado y son lanzadas lejos de la superficie del
rotor. Las partículas no conductoras no son capaces de disipar su carga rápidamente en
el rotor, y de ese modo, son atraídas a la superficie del rotor. En la figura 8.7 se
muestran los lugares donde se depositan las partículas conductoras, no conductoras y los
materiales “middlings”, al operar un separador electrodinámico o de alta tensión.
En estos separadores el tamaño de las partículas alimentadas influye en la acción del
separador, ya que la carga en la superficie de las partículas gruesas es menor en relación
a su masa, que en las partículas finas. Por lo tanto, una partícula gruesa es más
fácilmente lanzada desde la superficie del rotor, en cambio, las partículas conductoras
finas tenderán a ser atrapadas por partículas no conductoras, debido a su menor masa.
Así, las partículas finas tienden a concentrarse con la fracción no conductora. Como
resultado de esto, es normal en la práctica, utilizar sistemas de limpiado en varias etapas
con los separadores ordenados en bancos (figura 8.8).
Los separadores de alta tensión operan en un rango amplio de tamaños de partículas.
Con arenas de playas es posible trabajar en un rango de tamaño de 50-100 micrones,
aunque un rango de tamaño menor es deseable y más común. Con menas de hematita,
tamaños menores a 1 mm se aceptan, sin embargo, partículas menores que 75 micrones
causan problemas.
En cuanto a los tamaños de los separadores, se encuentran de diferentes tamaños. La
capacidad de un separador de alta tensión depende de varios factores, así, capacidades
de 2500 kg/h por metro de longitud del rotor son obtenidas con menas de hierro, y
aproximadamente 100 kg/h por metro, con minerales de arenas de playa.
Para optimizar el rendimiento de un separador de alta tensión deben considerarse las
siguientes variables: flujo de alimentación, velocidad del rotor, posición y voltaje del
electrodo y la posición del separador del producto obtenido.
Figura 8.7. Separador electrodinámico o de alta tensión.
Figura 8.8. Esquema de posibles configuraciones de separadores electrostáticos
ordenados en bancos.
8.4.2. Separadores electrostáticos “Electro-estáticos”
Inicialmente los separadores electrostáticos fueron del tipo placa electro-estática. Los
separadores de placa de caída libre, en los cuales las partículas caen entre dos placas
verticales (una placa cargada positivamente y la otra placa cargada negativamente, con
un alto gradiente de voltaje entre ellas), ha sido usada para separar silvita desde halita,
feldespato desde cuarzo, y fosfato desde cuarzo. Sin embargo, este tipo de separador no
se usa mayormente.
Hay dos tipos de separadores electro-estáticos que se fabrican: el separador tipo rotor y
el separador tipo placa.
8.4.2.1. El separador tipo rotor
El separador electro-estático tipo rotor (figura 8.9) es similar, en apariencia, al
separador de alta tensión. Sin embargo, el separador electro-estático no presenta el
electrodo ionizado. En ese lugar hay un solo electrodo largo que produce un campo
eléctrico. Aunque la partícula sea conductora o no conductora, ella puede considerarse
como una partícula que puede llegar a polarizarse.
Sin embargo, tal como se aprecia en la figura 8.3., una partícula conductora rápidamente
llega a tener una superficie equipotencial y tiene el mismo potencial que el del rotor
conectado a tierra, por lo cual, será atraída hacia el electrodo. Así, la partícula
conductora es lanzada desde la superficie por la atracción con el electrodo, mientras que
la partícula no conductora continúa adherida a la superficie del rotor, hasta que la
gravedad produzca su caída. De este modo, la separación se alcanza, pero con
mecanismos de cargado de la partícula diferente al empleado en el separador de alta
tensión.
8.4.2.2. El separador tipo placa
Se fabrican dos separadores del tipo placa: el separador electro-estático de placa y el
separador electro-estático de malla (harnero). Los principios operacionales son
similares. Las partículas son cargadas por inducción y las conductoras adquieren una
carga opuesta al electrodo. De ese modo, las partículas conductoras son atraídas hacia el
electrodo. Las no conductoras continúan hacia abajo en la placa o a través del harnero.
Los separadores electro-estáticos de placas y harnero se aprecian en las figuras 8.10 y
8.6, respectivamente.
En los separadores electro-estáticos, las partículas finas son las más afectadas por las
fuerzas débiles involucradas, por lo cual, el producto conductor preferentemente
contiene partículas conductoras finas. Al mismo tiempo, no hay tendencia para las
partículas gruesas no conductoras a entrar en el flujo conductor. Debido a que estos
separadores actúan primeramente sobre las partículas conductoras, ellos son usados,
principalmente, para la limpieza de una cantidad pequeña de partículas conductoras,
desde una gran cantidad de partículas no conductoras. En particular, su principal uso es
en la limpieza de pequeñas cantidades de rutilo e ilmenita en concentrados de zircón.
Estos separadores son usados generalmente en bancos, tal como se aprecia en la figura
8.11 con las partículas no conductoras siendo re-limpiadas a través del separador.
Figura 8.9. Separador electro-estático tipo rotor.
Figura 8.10. Separador electro-estático de placa.
Figura 8.11. Esquema del ordenamiento en bancos de los separadores electro-estáticos:
(a) separador de placas; y b) separador de harneros.
8.5. Diagramas de Flujo con Separadores Magnéticos y Electrostáticos
En el procesamiento de ilmenita de las arenas de playa existe la probabilidad de algún
traslape en la aplicación de los separadores magnéticos y separadores electrostáticos de
alta tensión. La tabla 8.2 muestra algunos de los minerales comúnmente presentes en las
arenas de playa, junto con las propiedades relacionadas a la separación magnética y de
alta tensión.
Tabla 8.2. Minerales característicos de arenas de playa.
Minerales magnéticos
Magnetita – T
Ilmenita – T
Granate – P
Monacita - P
Minerales no magnéticos
Rutilo – T
Zircón – P
Cuarzo - P
T: Minerales repelidos por la superficie de un separador electrostático de alta tensión.
P: Minerales fijados a la superficie de un separador electrostático de alta tensión.
Las arenas de playa comúnmente se operan con dragas flotantes que alimentan
concentradores flotantes de hasta 2000 ton/h o más. El concentrador flotante el cual
consiste de un complejo circuito de conos Reichert o espirales, mejora el contenido de
mineral pesado desde alrededor de 2 % en la alimentación, hasta 90 % en el
concentrado, desechando el cuarzo y el granate, si es necesario. El concentrado por
gravedad se transfiere después al sitio del concentrador permanente para un
enriquecimiento adicional mediante una combinación de separación de alta tensión y
magnética (figura 8.12).
Los separadores de tambor de baja intensidad eliminan cualquier magnetita presente en
la alimentación, después que los separadores magnéticos húmedos de alta tensión
separan la monacita y la ilmenita del zircón y el rutilo. La separación de alta tensión
para producir la separación final, se hace después de secar esta dos fracciones, aunque
algunas veces se lleva a cabo una limpieza adicional mediante separadores
electrostáticos. Por ejemplo, se usan separadores electrostáticos de harnero para limpiar
concentrados de monacita y zircón. De manera similar, los separadores electrostáticos
de placa se usan para rechazar las partículas no conductoras gruesas de los concentrados
de ilmenita y rutilo.
En la figura 8.13 se presenta la concentración de una mena que contiene alrededor de 35
% de Fe, correspondiente a minerales de magnetita y hematita especular. La mena
después de la trituración y la molienda se alimenta a los bancos de los concentradores
de espiral primarios y limpiadores. El concentrado de las espirales se filtra, seca y
limpia en separadores Carpio con rodillo de alta tensión. Las colas de las espirales se
espesan, y posteriormente se tratan en separadores magnéticos de tambor para eliminar
la magnetita residual, seguida por los separadores magnéticos Jones de alta tensión en
húmedo, los cuales extraen cualquier hematita remanente. Los concentrados magnéticos
se clasifica, se secan y se mezclan con el producto de alta tensión, para dar un
concentrado final de 65 % Fe.
Figura 8.12. Diagrama típico del tratamiento de arenas de playa mediante separación
gravitacional, magnética y electrostática.
Figura 8.13. Diagrama de concentración de una mena de hierro utilizando separación
gravitacional, magnética y electrostática.
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