CAPITULO IV
CONCENTRACIÓN MAGNÉTICA Y ELECTROMAGNÉTICA
POR: MSc. INGº. NATANIEL LINARES GUTIÉRREZ
DOCENTE ESME-FAME/UNJBG
OBJETIVO
• Al concluir el estudio de este
capítulo, el estudiante estará
capacitado para:
• Entender y aplicar los fundamentos
de la separación o concentración
magnética y electromagnética al
procesamiento de minerales
aprovechando sus propiedades de
respuesta de las partículas
minerales cuando son sometidas a
un campo magnético o
electromagnético.
• Realizar estudios de investigación
de concentración de minerales por
este método, diseñar circuitos y
Plantas de esta naturaleza.
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
.
CONCENTRACIÓN MAGNÉTICA
La concentración magnética es una operación de separación física de partículas por separado que se fundamenta en una relación de competencia entre:
Fuerzas magnéticas.
Fuerzas
gravitacionales,
centrífugas, de
fricción o de inercia.
Fuerzas de atracción
o de repulsión
inter-partículas.
La concentración magnética aprovecha de las diferencias en las propiedades magnéticas de los minerales, los cuales se dividen en una de las tres propiedadesmagnéticas:
Ferromagnéticas
Paramagnéticas
y
CONCENTRACIÓN MAGNÉTICA
• Cuando una mezcla de partículas
minerales se introducen en un
campo magnético
, H, de un
concentrador magnético, quedan
sometidas a la acción de este
campo y a un conjunto de
fuerzas
mecánicas
accesorias, tales como
las de
gravedad, centrífuga,
rozamiento, inercia y resistencia
de fluidos.
Su rendimiento
dependerá entonces de la
naturaleza de la alimentación, la
cual abarca la
distribución
granulométrica, la susceptibilidad
magnética
y otras propiedades
físicas y químicas que puedan
afectar a las diversas fuerzas que
intervienen.
PRINCIPIOS DE LA SEPARACIÓN MAGNÉTICA
Para poder caracterizar el comportamiento de
las partículas minerales dentro de un campo
magnético es necesario mínimamente
conocer los siguientes conceptos:
Intensidad de
imantación y
susceptibilidad
magnética.
Permeabilidad
magnética.
Fuerza
magnética.
La selectividad de la separación magnética está determinada por el balance de las fuerzas que interactúan sobre cada una de las partículas a separar, estas son:
Fuerza magnética
Fuerza de gravedad
Fuerza centrífuga
Fuerzas hidrodinámicas
Fuerzas interparticulares (de
atracción o repulsión)
FUERZA MAGNÉTICA
•
La fuerza magnética que actúa sobre una partícula
depende de su susceptibilidad magnética (K)
•
De donde,
– I = Es la intensidad de magnetización
– H = Es el campo magnético aplicado
•
Los minerales paramagnéticos poseen un K alto,
mientras que los minerales diamagnéticos K es bajo o
cero.
•
La fuerza de magnetización que actúa sobre cada
partícula puede ser determinada mediante la siguiente
expresión:
•
Donde:
– Fm = Es la fuerza magnética que actúa sobre una partícula.
– = Es la masa o la susceptibilidad magnética específica de la partícula, cm3/g
– m = Masa de la partícula, g
– H = Campo magnetizante, Gauss
– H/r = Gradiente de campo magnético, Gauss/cm
r
H
H
m
F
m
*
*
*
H
I
K
La permeabilidad magnética
se define por la
relación:
B =
Hi
Donde:
= Es la permeabilidad
magnética.
B = Es la inducción magnética
CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES SEGÚN SU COMPORTAMIENTO EN UN CAMPO MAGNÉTICO
De acuerdo con su susceptibilidad
magnética los minerales pueden
ser clasificados como:
Paramagnéticos:
Son materiales que
experimentan magnetización ante la
aplicación de un campo magnético,
algunos de ellos son: iImenita (FeTiO3),
Hematita (Fe2O3), Pirrotita (Fe11S12).
Ferromagnéticos
: Son materiales que
experimentan alto paramagnetismo ante
la aplicación de un campo magnético,
algunos de ellos son el Fe y la magnetita
(Fe3O4).
Diamagnéticos
: son materiales que
repelen el campo magnético, algunos de
ellos son el cuarzo (SiO2), Feldespatos
(K2O.Al2O3.6SiO2) y dolomitas
(Mg,Ca(CO3)).
De acuerdo al comportamiento en un campo magnético, los minerales se agrupan generalmente en tres grupos, aun cuando hay minerales cuya susceptibilidad varía con su composición y que las soluciones sólidas o inclusiones de dos o más son factores de complicación, estos grupos son:
Ferromagnéticos; Hierro, magnetita y Franklinita.
Moderadamente magnéticos; Ilmenita, rubí, pirrotita, etc.
Débilmente magnéticos; Hematita, Siderita, Rodonita, Limonita, Pirolusita, Corindón, Pirita, Manganita, Calamina, Esfalerita, Dolomita, Cuarzo, Rutilo, Granate, Serpentina, etc.
Muy débilmente magnéticos
;
Estibnita, galena, criolita, Enargita,
magnesita, yeso, etc..
No magnéticos y diamagnéticos
;
Barita, calcita, halita, topacio,
bismuto, apatita, grafito, etc..
TIPOS DE CONCENTRADORES MAGNETICOS
Por la intensidad del campo
magnético, los concentradores
magnéticos se pueden clasificar en:
Concentradores
magnéticos de
baja intensidad.
Concentradores
magnéticos de
media y alta
intensidad.
Concentradores
magnéticos de
alto gradiente.
Ambas operaciones de concentración magnética,
pueden llevarse a cabo en
seco
y en
húmedo
. Según
sus funciones los concentradores magnéticos se
clasifican en:
Concentradores, que separan los
minerales magnéticos de una corriente
de mineral que pasa
Purificadores, que sirven para retirar
pequeñas cantidades de materiales
magnéticos nocivos en un producto, por
ejemplo, de sílice o de arcilla.
Recuperadores, que sirven para
devolver material magnético al circuito,
por ejemplo, en la separación por
medios densos.
Protectores, sirven para proteger
máquinas o procesos retirando hierros o
detectando objetos magnéticos
Concentración
Magnética:
Por vía húmeda de
baja intensidad
Por vía húmeda de
alta intensidad
Por vía seca de baja
intensidad
Por vía seca de alta
Intensidad.
Con imanes
permanentes a base
de tierras raras
SEPARADOR MAGNÉTICO TAMBOR
EN FAJA TRANSP.
•
La unidad más comúnmente usada es el Gauss (G).
Intensidad magnética requerida para la
separación (Gauss)
Mineral
500 –5.000
Fuertemente magnéticos
Magnetita, franklinita, leucita, sílice, pirrotita
5.000 –10.000
Moderadamente magnéticos
Ilmenita, biotita, granate, wolframita
10.000 –18.000
Débilmente magnéticos
Hematita, columbita, limonita, pirolusita,
rodocrosita, siderita, manganita
18.000 – 23.000
Pobremente magnéticos
Rutilo, rodonita, dolomita, tantalita, cerusita,
epídota, monacita, fergusonita, zircón,
ceragirita, argentita, pirita, esfalerita,
molibdenita, bornita, wilimita, tetraedrita,
scheelita
EQUIPOS Y APLICACIONES
•
El equipo de separación magnética se
divide en dos categorías:
1.
Separadores magnéticos de baja
intensidad
usados para minerales
ferromagnéticos y
paramagnéticos de alta
susceptibilidad magnética
2.
Alta intensidad magnética
usados
para minerales paramagnéticos
de más baja susceptibilidad
magnética.
•
Ambas separaciones se pueden llevar
a cabo en seco o en húmedo.
•
El campo de separación magnética se
divide también en sectores, de
acuerdo a la capacidad de generar
flujos magnéticos en rangos
determinados en
función de las
diferentes susceptibilidades
magnéticas de los minerales
.
Separación Magnética de Baja Intensidad .Campo magnético generado en el rango de 0 – 2,500 Gauss Proceso Seco: •Imanes Suspendidos •Poleas magnéticas •Tambores magnéticos Proceso Húmedo •Tambores magnéticos en diversos tanques. Separación Magnética de Media y Alta Intensidad. Campo magnético generado en el mango: 2,500 – 17,500 Gauss Proceso Seco: •Separadores de rodillos inducidos. •Separadores de fajas cruzadas Proceso Húmedo: •Separadores de alta intensidad de carrusel. Separación Magnética de Alto Gradiente . Campo magnético generado en el rango de 17,500 – 21,000 Gauss.
Los separadores magnéticos se pueden
clasificar en tres grupos:
CONCENTRADORES MAGNÉTICOS DE BAJA
INTENSIDAD EN SECO
•
Se denomina así a los procesos que utilizan
equipos constituidos por imanes
permanentes (ferrita) o electromagnéticos
(embobinados) que en operación son
capaces de generar campos de 0 a 2500
Gauss. Por razones de construcción y
restricciones de fabricación, se usa equipos
de imanes permanentes, tales como imanes
suspendidos, fajas y tambores, que generan
campos hasta de 1500 Gauss a 50 mm de la
superficie magnética.
•
Para obtener mayores valores significativos
de campo magnético, son recomendables
imanes suspendidos y tambores
electromagnéticos que producen campos
electromagnéticos de 1500 a 2500 Gauss.
IMANES SUSPENDIDOS
• Son equipos de
protección, ideales para
separar trozos de hierro
que viene con el mineral,
tales como punta de pala,
barras, pernos, etc., en
una faja transportadora
que alimenta a una
chancadora. Estos
imanes
pueden ser permanentes
o electroimanes
dependiendo en gran
parte a la altura de cama
de mineral sobre la faja
transportadora
Manuales
P0LEA MAGNÉTICA
• Que también son equipos de
protección, pero que se usan
como poleas de cabeza
en las
fajas transportadoras,
eliminando partículas ferrosas
mayores a 1 mm, contenido en
un material que tenga una
altura de cama no mayor a 200
mm. Las poleas magnéticas se
construyen de forma cilíndrica
agregando en su interior
módulos magnetizados de
ferrita, montados sobre bloques
rectangulares y posteriormente
magnetizados alcanzando
un
gradiente de flujo entre 500 a
600 Gauss,
suficientes para
separar materiales secos desde
30 g y eliminando partículas
ferrosas hasta -m8 de tamaño
TAMBOR MAGNETICO
• Este concentrador consiste de un tambor giratorio de material no magnético (acero inoxidable) en cuyo interior se encuentran de 3 a 6 imanes o magnetos en posición fija y de polaridad alternada desarrollando intensidades de campo de 1500 a 2500 Gauss en la superficie de los polos.
• Para una sustancia de susceptibilidad K los principales factores de separación en un concentrador de tambor son:
– La intensidad de la fuerza magnética.
– La velocidad periférica del tambor.
– La granulometría a tratarse debe estar en un rango estrecho, puesto que la relación de dos minerales a separar está dada por:
K
1/K
2= e
- c (d1 - d2)
– Donde:
• e = Base del logaritmo natural.
• c = Factor de no uniformidad de campo.
– La posición del dispositivo de corte en dos partes o productos
• La separación entre el ancho del polo y la separación entre polos es muy importante y es función de la granulometría del mineral del mineral a tratar. La relación ancho de polo y la separación a separación entre polos parece ser del orden de 1,2.
CARACTERÍSTICAS GENERALES
• Dimensionamento: 16 a 130 t/h (metro de tambor)
• Velocidad del tambor: 91 a 460 m/min.
• Granulometría aceptable para una buena separación: 25 mm a m100.
• Todos los separadores requieren alimentación con características más o menos comunes. La fracción magnética a ser separada debe ser ferromagnética y seca. La selectividad aumenta cuando los productos a ser separados se encuentran dentro de la malla 4 Tyler.
• La capacidad, ley y recuperación están directamente relacionados a las velocidades esféricas del tambor.
• Para una recuperación alta de magnéticos o eliminación de los no magnéticos más gruesos que 3 mm, se utilizan modelos especiales con baja velocidad.
• Cuando se desea un producto más refinado con alta ley de mineral magnético se recomienda modelos con tambores de alta velocidad.
• Algunas operaciones requieren del uso de múltiples etapas de tratamiento.
• La capacidad de estos equipos se determinar mediante la siguiente fórmula:
•
Q = 0,0036 V d
– Donde:
– Q = Capacidad en t/h/m de ancho de tambor.
– d = Diámetro promedio de partícula en micrones.
– V = Velocidad periférica del tambor en m/s.
– = Densidad aparente del mineral molido.
• Estos equipos se utilizan generalmente para minerales de hierro en sus etapas primarias de procesamiento y para la purificación de minerales de titanio.
CONCENTRADORES MAGNÉTICOS DE BAJA INTENSIDAD EN HÚMEDO
• Este tipo de concentración magnética es considerada como una de las
técnicas más importantes en el procesamiento moderno de
concentración de la magnetita
, asimismo como concentrar
fosfato y
ferro-niobio
y recuperar la
magnetita
en el lavado de carbón a través del
proceso de medio denso. Este sistema se caracteriza por el bajo costo
operacional e inversión moderada.
• El equipo más usado es el TAMBOR MAGNÉTICO cuyo circuito magnético
puede ser permanente, electromagnético o una combinación de los dos.
• Los circuitos magnéticos permanentes se construyen con ferrita de bario
o estroncio y son comúnmente denominados imanes cerámicos, que son
más eficientes por producir un campo magnético deseado con menor
peso y tamaño del imán, económicos y estables debido a sus propiedades
intrínsecas.
• En algunas aplicaciones es posible usar una combinación del electroimán
y el imán permanente, donde el electroimán es utilizado como el
mecanismo de captura o separación mientras que el imán permanente
actúa como un mecanismo de transferencia
.
DISEÑO DEL TAMBOR MAGNÉTICO
• Arco.
• Zona de trabajo.
• Eficiencia requerida.
• Número de polos, y
• Ubicación de los polos.
Para el diseño del tambor
magnético se debe tener
en cuenta en general, lo
siguiente:
• Circuito de alto gradiente
, el cual produce una alta fuerza
magnética y buena agitación del material durante la transferencia.
• Circuito interpolo
, que produce menor fuerza magnética que el
anterior, con un campo magnético ligeramente más profundo y
menor agitación del magnético durante la transferencia.
• Circuito Electro-permanente
, el cual combina la característica de
una fuerte captura de un electroimán con una buena agitación y
fuerza magnética de un imán permanente de alto gradiente.
La aplicación real del
concentrador magnético
de tambor, radica en que
debe capturar, transferir y
descargar el material
magnético. De acuerdo a
su diseño encontramos
tambores magnéticos con:
TIPOS DE CONCENTRADORES MAGNÉTICOS DE TAMBOR EN HÚMEDO
Se conocen tres tipos concentradores
magnéticos los cuales trabajan en húmedo
:En el concentrador de tambor tipo concurrente, el concentrado se lleva hacia adelante por el tambor y pasa a través de una abertura donde se comprime y desagua antes de dejar el equipo. Este diseño es más efectivo para producir un concentrado magnético limpio a partir de materiales relativamente gruesos arriba de 6 mm y un contenido de 35 a 45 % de sólidos por peso. Se usa ampliamente en los sistemas de recuperación en medio pesado.
En el concentrador de tambor tipo contra rotación, la alimentación fluye en dirección opuesta a la rotación. Se usa en operaciones primarias, donde ocasionalmente se deben manejar variaciones en la alimentación, mínima pérdida de material magnético, no se necesita un concentrado muy limpio y cuando se presenten altas cargas de sólidos, alcanzando un buen rendimiento con un 30 a 40 % de sólidos por peso. La granulometría en el alimento a este equipo debe ser de 3 a 4 mm, pero preferiblemente -m40 (-0,5 mm). Se usa generalmente como desbaste (Rougher).
En el concentrador de tambor tipo contra corriente, las colas son forzadas a viajar en dirección opuesta a la rotación del tambor y se descargan en el canal de relaves. Está diseñado para operaciones terminales sobre material relativamente fino, de un tamaño de partícula menor de 250 m. Está limitado al
CONCENTRADORES DE MEDIA Y ALTA INTENSIDAD
• El factor limitante en la selección
del proceso en húmedo o seco en la
utilización de concentradores
magnéticos de alta intensidad es la
granulometría en que se encuentra
el mineral a ser procesado.
•
Concentradores en seco
, conocidos
como de rodillo inducido o de fajas
cruzadas, concentran, separan o
benefician minerales en el rango de
-m8 a +m150 con campos
magnéticos variables entre 2 000 a
17 500 Gauss.
• Concentradores en húmedo
, de alta
intensidad, conocidos como tipo
carrusel para separar, concentrar o
beneficiar minerales con
CONCENTRADORES MAGNETICOS EN SECO DE ALTA INTENSIDAD
• EL CONCENTRADOR DINGS DE RODILLOS INDUCIDOS.
• Se utilizan para la recuperación de óxidos
moderadamente magnéticos o la concentración de minerales o materiales secos como arena de sílice, dolomita, casiterita, tantalita, cromita, rutilo, manganeso, titanio, volframita y muchos otros minerales pesados. En este equipo los rodillos son lisos y no llevan magnetos, sino más bien ocupan los entre hierros de un electroimán bastante grande con 2 o más pares de polos. Los rodillos son atravesados por el flujo magnético del electroimán, convirtiéndose sede del magnetismo inducido.
• Las características principales de estos equipos son:
– Material a ser tratado: Seco y liberado.
– Granulometría: -8 a +150 mallas.
– Campo magnético: Variable de 20 a 17 500 Gauss.
– Velocidad de rotación de los rodillos: 0 a 100 RPM.
– Consumo de energía: 400 a 4000 watts
– Capacidad de alimentación: 10 a 4 500 Kg/h.
– Dimensionamiento: 75Kg/h/plg. De rodillo.
– Máquinas disponibles: 5 a 60 pulgadas.
• SEPARADOR MAGNÉTICO DE FAJAS CRUZADAS.(HCB) • Se usan en la recuperación selectiva de productos o ganga
magnética de materiales como abrasivos, cerámica, productos químicos, arcilla, plásticos, etc. o en la concentración de minerales débilmente magnéticos tales como tungsteno (volframita), cromita, manganeso, tantalita, titanio, etc.. Está formado por una faja transportadora cuya parte superior pasa por los entrehierros de un electroimán duplo. Las fajas
transversales están sobre la faja y en los entrehierros. Las partículas magnéticas son atraídas hacia arriba y son extraídos del campo magnético y de la faja principal, mientras siguen sobre ésta los minerales no magnéticos. Presenta gradientes crecientes de campo que permiten recuperar productos con susceptibilidades magnéticas decrecientes.
• Las características principales de este separador magnético son:
– Material a ser tratado: Seco y liberado.
– Granulometría: - ½” a +m100.
– Campo magnético: Variable de 20 a 16 000 Gauss.
– Velocidad de la faja principal: Variable de 12 a 36 m/min.
– Velocidad de las fajas secundarias: 92 m/min.
– Número de polos disponibles: 1 permanente como escalper más 1 a 8 electromagnéticos.
– Consumo energético: 750 16 000 watts.
– Capacidad de alimentación: 900 Kg a 1 t/h.
– Dimensionamiento estimado: 35,5 a 40 Kg/h/plg.
– Ancho de fajas disponibles: 6, 12, 18 y 24 pulgadas.
– Peso máximo: 25 000 Kg.
Aplicaciones típicas.
Recuperación magnética de cromita.
Separación y concentración magnética de
casiterita y tantalita.
Recuperación magnética de la arena de sílice
en la fabricación de vidrio.
Refinación magnética del concentrado de
volframita.
CONCENTRADORES MAGNETICOS EN HÚMEDO DE ALTA INTENSIDAD
• Los separadores magnéticos de alta
intensidad para
proceso en húmedo,
denominados WHIMS (Wet High
Intensity Magnetic Separators),
actualmente se construyen hasta
capacidades de 120 ton/h, por lo que
han ganado ya su aceptación para
concentrar minerales de hierro
(Hematita y goetita), eliminación de
óxidos de hierro y ferrosilicatos y
arcillas en la fabricación del vidrio,
cerámica y esmaltes, separación de
ilmenita, volframita columbita,
eliminación de óxidos de hierro,
ferrosilicatos y ferrotitanios de los
concentrados de casiterita, circonio y
rutilo, etc
WHIMS INDUSTRIALES
•
Un WHIMS consiste básicamente de un aro
giratorio en el cual hay una serie de celdas
individuales, en donde se colocan una serie
de matrices de acero inoxidable magnético.
El aro rota entre los polos de campo
electromagnético. Al entrar a este campo
magnético se le induce magnetismo a las
matrices, las cuales multiplican la intensidad
del campo magnético hasta 17 500 Gauss.
•
En el momento que cada celda pasa por el
campo magnético, se le inyecta a la celda, la
pulpa de mineral, de modo que las partículas
susceptibles al magnetismo se quedan
adheridas a las matrices y los no magnéticos
pasan por entre las aberturas de las matrices.
Al salir las matrices del campo magnético se
adiciona agua a presión con el fin de retirar
el material magnético y lavar las matrices, la
cual queda lista para la próxima pasada por
el campo electromagnético.
VARIABLES QUE AFECTAN LA OPERACIÓN DE LOS WHIMS
Debido a que cada mineral se comporta en diferente manera respecto al magnetismo, es necesario ajustar una serie de variables tanto de operación como de diseño del equipo.
Estas se mencionan a continuación:
• Intensidad del campo magnético. • Matrices
– Metal expandido – Placas ranuradas – Bolas o billas
– Esponja de acero inoxidable.
• Densidad de la pulpa (20 a 40 % de sólidos) • Velocidad del arco
• Presión de enjuague. • pH del agua.
• Altura sobre el nivel del mar.
Estos equipos tienen la siguiente aplicación:
• Procesamiento de mineral de hierro. • Recuperación de uranio y oro.
• Concentración de minerales de tungsteno. • Concentración de ilmenita
• Purificación de minerales no metálicos (arena de sílice, caolín, etc.).
