PROYECTO DE INVESTIGACION

I. Generalidades:

1. Titulo.

Influencia del tiempo de residencia de mineral sulfuroso y factor de llenado

de medio moledor sobre el desgaste de bolas de acero en el molino 5 x 5 de la

planta concentradora Virgen de la Puerta Chota Motil.

2. Autores.

Lozano Anampa Leigton Paul

Daza Daz Jefferson

3. Asesor.

4. Tipo de investigacin.

4.1. De acuerdo al fin que persigue: Aplicada.

4.2. De acuerdo al diseo de investigacin: Experimental.

5. Localidad e institucin donde se desarrolla el proyecto.

Localidad : Motil.

Institucin : Planta concentradora Virgen de la Puerta".

6. Duracin del proyecto y horas semanales dedicadas:

6 meses x 8 horas semanales

7. Cronograma y ejecucin del proyecto

Etapas

Fecha de

inicio

Fecha de

termino

Dedicacin

semanal (hr)

Recoleccin de datos 07-06-10 09-09-10 08

Anlisis de datos 10-09-10 01-11-10 08

elaboracin de informe 02-11-10 07-12-10 08

8. Recursos

8.1. Personal:

02 Investigadores

01 Asesor

8.2. Bienes:

8.2.1. De consumo

Cdigo Descripcin Unidad Cantidad

5.51 Bolas de acero Kg 30

5.46 Reactivos qumicos ml 500

5.56 Agua L 120

5.30 Mineral sulfuroso Kg 110

5.49 Lapicero pilot un 5

3.24 alimentos S/ global

8.2.2. De inversin

Cdigo Descripcin Unidad Cantidad

5.51 Cedazos Un 08

5.51 Molino Batch de bolas Un 01

5.51 Balanza Un 01

5.51 Rotap Un 01

5.51 Computadora Pentium IV Un 01

5.51

5.29

5.29

Impresora Epson LX-810

Wincha mtrica

cronometro

Un

Un

Un

01

02

01

8.3. Servicios:

Cdigo Descripcin Unidad Cantidad

3.32

3.20

Pasajes

Viticos y asignaciones

S/.

S/

Global

global

3.58 Internet. S/. global

5.31 Biblioteca de ingeniera. S/. global

5.31 Hemeroteca de ingeniera

metalrgica.

S/. global

5.31 Sala de computo de metalrgica,

minas y materiales.

S/. global

3.55

3.57

Electricidad

telefona

S/.

S/

global

global

9. Presupuesto

Cdigo Descripcin Precio

unitario

S/.

Unidad Cantidad Sub total

S/.

5.51 Bolas de acero 100.00 Kg 30 300.00

5.46 Reactivos qumicos 13.00 ml 500 6500.00

5.56 Agua 0.20 L 120 24.00

5.30 Mineral sulfuroso 10 Kg 110 1100.00

5.49 Lapicero pilot 1.80 un 5 9.00

3.24 alimentos 4.00 S/ Global 1536.00

3.32 Pasajes y viaticos - S/. Global 1128.00

3.58 Internet. 1.00 S/. global 100.00

3.55 Electricidad 0.3432 Kw-h 1.29 0.44

3.57 Telefona 0.50 min 960 480.00

Total 10187.44

10. Financiamiento

Con recursos propios: S/.10187.44

II. Plan de Investigacin

1. Antecedentes y justificacin del problema

1.1. Realidad problemtica

En este proyecto de investigacin trataremos de mostrar el problema

desgaste de bolas en el molino de la planta concentradora Virgen de la Puerta,

ubicada a 500 m. del poblado de Motil, distrito de Agallpampa en la Provincia de

Otuzco del departamento de La Libertad, a una distancia aproximada de 92 Km.

de la ciudad de Trujillo y a una altitud de 1780 m.s.n.m; con coordenadas de 7 57

9 de latitud sur y a 78 33 11 de longitud oeste (ver anexo 1).

El desgate de medios moledores de un molino de bolas, se da en cualquier

molino independiente del proceso en el que estn operando y la empresa que los

posea.

De las observaciones realizadas se encontr que los elementos del sistema

que influyen directamente sobre el problema son: Bolas de acero, mineral, agua y

reactivos. Los elementos del entorno o ambiente del sistema son: Operario,

chancadora de quijadas, corriente elctrica, motor elctrico y factores climticos.

(Ver anexo 2)

En cuanto al sistema problema: El pH del mineral influye en el desgaste

corrosivo de bolas y la dureza y cantidad del mismo en el desgaste abrasivo y por

impacto; el pH del agua empleada para formar la pulpa afecta al desgate corrosivo

de bolas; la composicin de reactivos utilizados posiblemente influye en el

desgaste corrosivo de bolas y la liberacin de las partculas de mineral; la cantidad

y grado de pureza del agua empleada en la formacin de pulpa tambin controlar

la liberacin de la partcula de mineral valioso y la estabilidad de reactivos

respectivamente.

En cuanto al medio ambiente o entorno en donde se encuentra el problema:

El operario controla el correcto funcionamiento de la chancadora de quijadas, el

adecuado suministro de corriente elctrica, la adicin correcta y exacta de

reactivos, el flujo y pureza de agua, la carga diaria adecuada de bolas de acero; la

chancadora de quijadas determina la granulometra del mineral y por lo tanto el

desgaste por impacto; los factores climticos influyen en el pH y granulometra del

mineral; la velocidad del motor controla la velocidad del molino y en consecuencia

la fuerza de impacto entre bolas, la corriente elctrica determina la velocidad del

motor y por ende el correcto funcionamiento de la chancadora de quijadas y

molino.

La evolucin del problema a lo largo del tiempo se presume es la siguiente:

Al molino de bolas ingresa diariamente: bolas de acero, mineral, reactivos y

agua. En este equipo ocurre el proceso de desgaste de bolas: ingreso de mineral,

formacin de pulpa entre agua, mineral y reactivos, abrasin de bolas de acero por

mineral, formacin de pares galvnicos entre superficies abrasionadas y no

abrasionadas, desgate corrosivo de superficies abrasionadas. Como resultado de

este proceso se obtienen bolas desgastadas, que luego de pasar por un examen,

se decidir si continan en el proceso o son desechadas. (Ver anexo 3).

En la actualidad, posiblemente el problema se describa as:

Por un lado, un inadecuado control de corriente elctrica produce una baja

velocidad del motor del molino, que junto con un desgate de levantadores,

conduce a una elevada abrasin.

Por otro lado un insuficiente alimento de mineral al molino o uno muy

blando y bolas de tamao excesivo, causa un impacto pronunciado entre bolas.

Y por un tercer lado, el inadecuado control de agua y la accin negativa de

factores climticos, producen un agua contaminada. Esta agua, en accin

simultnea con reactivos corrosivos y mineral sulfurado (Fe2S), traen consigo una

excesiva corrosin.

La accin en paralelo de una elevada abrasin, impacto pronunciado y

excesiva corrosin se refleja en un desgaste pronunciado de bolas de acero, que

es el causante de una sobre compra de bolas y una molienda ineficiente, y por

consiguiente de prdidas en la empresa (ver anexo 4).

Frente a esta problemtica, se plantea las siguientes soluciones:

Controlar adecuadamente la corriente elctrica de acuerdo a los estndares

establecidos; chequear ms a menudo los levantadores del molino, y reemplazar

los deteriorados; evaluar la dureza del mineral a procesar y de acuerdo a esto

decidir la cantidad de alimento; verificar que la distribucin de carga de bolas de

acero, en el molino, sea la correcta; controlar el pH del agua que se adicionar al

operacin de molienda.

1.2. Antecedentes Bibliogrficos

Se sabe que la metalurgia extractiva, es el sector que genera mayores

ingresos al estado y dentro de ello est la etapa ms importante: la molienda, que

consiste en reduccin de tamao de mineral, para liberar las partculas valiosas de

ste, y as lograr una alta recuperacin del mismo. El grado de recuperacin

depende en forma considerable de la eficiencia de la molienda, que a su vez

depende del estado de los medios moledores.

Los medios moledores, se deben chequear como mnimo una vez mensual

con la finalidad de ver el estado en los que se encuentran para remplazar los

defectuosos. La mayora de empresas lleva a cabo esta actividad y luego de hacer

un estudio de los mismos, encuentran que se desgastan demasiado rpido: ms

de un kg por tonelada mtrica de mineral procesada, en comparacin con los

mostrados por los fabricantes de estos medios: 0.4 0.8 kg por tonelada mtrica

de mineral procesada (Torres, 1997, apud, Alberca y Valle, 1998, p.i). Esta

diferencia se traduce en una sobre compra de medios moledores, que equivale a

importantes cantidades de dinero por encima de lo que se debera gastar.

Frente a esta problemtica, muchos autores han realizado investigaciones

en un intento de encontrar a los responsables, para que futuras investigaciones

encuentren la manera de minimizar la accin de los mismos.

Algunos investigadores han determinado que el desgate total de bolas se

debe a la accin simultnea de la abrasin, impacto y corrosin por eso es difcil

separar la contribucin relativa de la corrosin en el deterioro global de bolas en

molienda (Iwasaki y et al, 1985; Prez y Moore, 1984; Adam e Iwasaki, 1984; Dod

y et al, 1984; Natarajan e Iwasaki, 1984 y Bond, 1943 apud Cortez y Santisteban,

1998, p.ii).

Kelly y Spottiswood (1990), apud Cortez y Santisteban (1998), han

estimado que el desgaste corrosivo corresponde entre el 50% y 80% del consumo

total de medios de molienda, dependiendo directamente del tipo de mineral a

procesar.

En 1998, Jabo y Espejo en su estudio sobre influencia del tipo de mineral

en pulpa sobre la velocidad de desgaste corrosivo en las bolas de molino

determinan los pares galvnicos formados son los que producen corrosin

electroqumica, actuando el mineral como ctodo y el acero como nodo (p. 40).

Un estudio sobre el desgaste de bolas en molienda hmeda de minerales

piritosos, encontr que el 63.15% del consumo total de acero se da por desgaste

corrosivo, lo restante corresponde a otros mecanismos de desgaste como

abrasin, friccin e impacto (Alberca y Valle, 1998).

Luego de realizar pruebas de molienda para diferentes tipos de minerales

en un intento de determinar la velocidad de desgaste corrosivo de las bolas de

molino, Jabo, M. y Espejo, C. Op.cit. Determinaron que para cada tipo de pulpa le

corresponde: pirita (0.6959 m/h), calcopirita (0.4616 m/h), galena (0.3418 m/h),

hematita (0.2649 m/h) y esfalerita (0.2234 m/h).

Cortez y Santisteban (1998), refirindose al consumo de acero de bolas en

la molienda hmeda con la adicin de un inhibidor de corrosin fosfato trisdico,

determinaron que la concentracin ptima del inhibidor es 600 ppm cuya

reduccin del desgaste corrosivo de bolas es 58.77% de desgaste total.

En el 2009, Cifuentes determin que al aadir nitrgeno al molino se logra

una disminucin del desgaste bolas por lo menos del 20% lo que equivaldra

ahorro de unos US$ 500 mil al ao por equipo. Adems esto contribuira a la

preservacin del medio ambiente.

1.3. Marco terico y conceptual

La palabra tribologa, etimolgicamente significa estudio de los fenmenos

de friccin, rozamiento y desgaste (Lpez, 2004).

Bayer (1994) apud Lpez (2004) al referirse al desgaste dice: El desgaste

es el desprendimiento de partculas que ocurre en la superficie de los slidos, que

se encuentran en contacto y movimiento relativo. El movimiento puede ser

unidireccional o de vaivn, ya sea deslizante, rodante o la combinacin de ambos

(p.13).

En el proceso de molienda, desgaste seria el desprendimiento de partculas

que ocurre en la superficie de las bolas de acero, al ponerse en contacto y

movimiento relativo con mineral sulfuroso.

El desgaste de bolas de acero dentro del molino puede darse por tres

mecanismos: abrasin, impacto y corrosin, los cuales ocurren en forma

simultnea y su efecto depender de las condiciones del medio. (Moroz, 1990 y

Kelly, 1990).

El desgaste por impacto es la prdida de masa de un material al colisionar

con otro en movimiento, este movimiento se ve afectado por fuerzas que actan a

favor o en contra del acontecimiento.

El desgaste por impacto de bolas de acero dentro de un molino es la

prdida de masa de bolas debido a la colisin entre ellas o con el mineral a moler.

Dos de los parmetros a considerar en el proceso de desgaste de bolas de

acero por impacto son el tiempo de residencia del mineral y el factor de llenado de

medio moledor al molino.

El factor de llenado es el porcentaje de carga de medio moledor que ocupa

una fraccin del volumen del molino.

Al ser el medio moledor bolas de acero, el factor de llenado vendra ser el

porcentaje de carga de bolas ocupando una fraccin del molino. Se determina por

la siguiente relacin:

Donde:

h: altura desde la superficie de la carga hasta el tope interno del molino.

D: dimetro interno del molino.

El tiempo de residencia es el tiempo de permanencia de un material dentro

de una cosa o proceso.

En cuanto a molienda, tiempo de residencia es el tiempo de permanencia

del mineral, reactivos, agua y bolas de acero.

De acuerdo a Bond, existen dos formas de evaluar el desgaste de bolas de

acero en un molino, una de ellas es mediante la siguiente expresin:

2 < < 3

Donde:

: Prdida de peso en gramos de cualquier bola por unidad de tiempo.

d: dimetro mximo de bola.

K: constante que se calcula, cuando se ha obtenido la prdida de peso de

una bola de tamao conocido.

Para la segunda manera de expresar el desgaste de bolas de acero se

basa en que una pelcula de igual espesor, ser extrada de todos los tamaos de

bolas en un molino, durante cualquier periodo dado de molienda. Se sabe que un

molino giratorio opera en un estado de equilibrio en lo que se refiere a carga de

molienda. Consecuentemente se necesitara alimentar a los molinos bolas de

acero de un solo tamao para remplazar el peso perdido de las bolas debido al

desgaste. Este tamao (de recarga) se puede calcular con la formula:

Donde:

d= dimetro de bolas de recarga en pulgadas.

= 80% de tamao passing de la alimentacin, en micrones.

= ndice de trabajo.

= porcentaje de velocidad critica en la cual el molino va a operar.

= gravedad especifica del mineral.

D = dimetro interior del molino con forros en pies.

= constante que tiene un valor de: 350 para molienda hmeda.

De estas dos expresiones se llega a la siguiente relacin:

; 2 < x < 3

De acuerdo a esto se puede decir que si disminuye el factor de llenado (J),

la prdida de masa por unidad de tiempo aumentara.

Si el tiempo de residencia (dt) aumenta, entonces la prdida de masa

tambin aumentara.

En condiciones normales de operacin, la carga de bolas debe ser el 45%

del volumen del molino. Esto permite que la mxima potencia sea utilizada en

moler el mineral y al mismo tiempo evita que las bolas se descarguen por si solas

del molino.

El tiempo de residencia del mineral en el molino es fundamental para

obtener el tamao requerido de partcula que pasar a la siguiente etapa de

flotacin.

1.4. Justificacin del problema

La finalidad de esta investigacin es conocer los agentes causantes del

desgaste de bolas de acero en la molienda, de ellos el principal y como disminuir

su accin y por ende el desgaste.

La investigacin est orientada a la aplicacin de procedimientos y mtodos

adecuados para disminuir el desgaste de bolas.

Desde el punto de vista econmico permitir disminuir costos en cuanto a

compra de bolas y gasto de energa en la molienda, aumentando de esta manera

las utilidades.

2. Problema

En qu medida influye el tiempo de residencia de mineral sulfuroso y

factor de llenado de medio moledor sobre el desgaste de bolas de acero en el

molino 5 x 5 de la planta concentradora Virgen de la Puerta Chota Motil?

3. Hiptesis

A medida que aumentan el tiempo de residencia de mineral sulfuroso y

disminuye y el factor de llenado de medio moledor, el degaste de bolas de acero

se incrementa, en el molino 5 x 5 de la planta concentradora Virgen de la Puerta

Chota Motil.

4. Objetivos

Objetivo general

Probar los efectos del tiempo de residencia de mineral sulfuroso y factor de

llenado de medio moledor sobre el desgaste de bolas de acero en el proceso de

molienda, mediante pruebas en un molino batch de 1/2x1 con la finalidad de

disminuir el degaste de bolas de acero.

Objetivos especficos

Probar el efecto del tiempo de residencia de mineral sulfuroso sobre el

desgaste de bolas de acero en el proceso de molienda.

Probar el efecto del factor de llenado sobre el desgaste de bolas de acero

en el proceso de molienda.

Determinar el tiempo de residencia ptimo de mineral sulfuroso que permita

aumentar la vida til de las bolas de acero.

Determinar el factor de llenado ptimo de medio moledor, que permita

disminuir el desgaste de bolas de acero.

5. Material y mtodos

5.1. El material de estudio

Poblacin: Todas las bolas de acero al manganeso.

Muestra: Bolas de acero del molino 5 x 5 de la planta concentradora

Virgen de la Puerta

5.2. Mtodos

5.2. 1. Diseo experimental

El presente trabajo de investigacin se desarrollara empleando el diseo

experimental correspondiente a las variables de tiempo de residencia de mineral

sulfuroso, factor de llenado de medio moledor y desgaste, cuyas definiciones

operacionales son:

El tiempo de residencia de mineral sulfuroso es una variable independiente

de naturaleza cuantitativa que se mide directamente en un cronometro empleando

la tcnica.

El factor de llenado de medio moledor es una variable independiente de

naturaleza cuantitativa que se mide indirectamente mediante una wincha utilizando

la tcnica experimental.

El desgaste es una variable dependiente de naturaleza cuantitativa que se

mide directamente con una balanza analtica habiendo uso de la tcnica

gravimtrica.

5.2.1. Procedimiento experimental

Por medio de cuarteo seleccionaremos la muestra de mineral

sulfuroso, para obtener homogeneidad en ella.

En una chancadora trituraremos el mineral seleccionado.

Realizaremos un anlisis granulomtrico o de tamao del mineral

triturado.

Se separar los cedazos y el contenido del que tenga tamao de

mineral intermedio lo depositaremos en un recipiente.

Seguiremos triturando hasta obtener una cantidad de mineral

depositado de por lo menos 100 kilogramos, de donde se tomaran

las muestras.

Dividiremos el mineral depositado en muestras de un kilogramo y

tomaremos 50 de ellas para una primera experiencia.

Determinaremos el tamao mximo de medio moledor (bolas de

acero), seleccionaremos un volumen de bolas con tamao menor al

encontrado y con alto grado de esfericidad, y las pesaremos para

obtener un peso inicial.

Obtenido el peso inicial de bolas de acero, se las colocar dentro del

molino Batch.

Se alimentar en forma independiente cada muestra del paso

anterior combinado con reactivos y agua previamente dosificados,

luego se sella hermticamente.

Se empezar el proceso de molienda, controlando para cada

muestra un determinado tiempo de residencia.

Luego de moler, para cada prueba se verificar que las bolas de

acero estn limpias de pulpa, se les pesar, y la diferencia del peso

inicial y este final, indicar el desgaste.

Para cada una de las muestras restantes, seleccionaremos un

volumen distinto de bolas pero con caractersticas similares a las

empleadas en las pruebas anteriores. Colocaremos las bolas en el

molino.

Para cada se agregar una mezcla de mineral, agua y reactivos

previamente dosificados sobre las bolas.

Controlar un tiempo de molienda igual para cada muestra molida y

descargar el contenido del molino en una bandeja de metal.

Separar la pulpa de las bolas y pesar el total de bolas.

Calcular la diferencia de pesos inicial y final, la cual indicara el grado

de desgaste.

5.2.2. Tratamiento de datos

Los datos sern tratados adecuadamente de acuerdo al marco terico.

5.2.3. Presentacin de resultados

Los resultados sern mostrados en tablas consolidadas de los datos y

grficos que muestren el comportamiento de las variables.

6. Bibliografa

Adam, K. and Iwasaki, I. (1984). Grinding media sulfide mineral interaction and its

effects on flotation. International symposium on electrochemistry in mineral

and metal processing.

Alberca, L. y Valle, R. (1998). Grado de desgate de bolas en molienda

hmeda de minerales piritosos, producido por corrosin, impacto y abrasin.

Tesis de grado. Universidad Nacional de Trujillo, Trujillo. 53 pp.

Bader, O. (s.f). Diccionario enciclopdico de metalrgica. 945 pp.

Bayer, R. (1994). Mechanical wear prediction and prevention. USA. Marcel Decker.

Bond, F. (1943). Wear and size distribution of grinding ball. Trans. AIME, vol.153.

pp. 373 384.

Cifuentes, G. (2009). Inhibicin de la corrosin de medios moledores en molienda

hmeda de minerales por accin de nitrgeno con efecto dplex en la

atmosfera gaseosa y en la pulpa de minerales. Investigacin. Universidad de

Santiago de Chile. Santiago. UNIVERSIA.

Cortez, Y. y Santisteban, C. (1998). Influencia de la concentracin del inhibidor de

corrosin fosfato trisdico sobre el consumo de acero de bolas en molienda

hmeda de minerales piritosos. Tesis de grado. Universidad Nacional de

Trujillo, Trujillo. 90 pp.

Dod, J., Dunn, D., Hualtt,J. and Norman, D. (1984). Relative importance of

abrasion and corrosion in metal losser in ball milling. SME/AIME Fall Meeting,

Denver, Colorado U.S.A.

Iwasaki, I., Natarajan, K., Reiner, S., Orlich, J. (1985). Corrosive and abrasive wear

in ore grinding. International conference on wear of materials, Vancouber

B.C., Canad.

Jabo, M. y Espejo, C. (1998). Influencia del tipo de mineral en pulpa sobre la

velocidad de desgaste corrosivo en las bolas de molino. Tesis de grado.

Universidad. Nacional de Trujillo, Trujillo. 69 pp.

Kelly, E. y Spottiswood, D. (1990). Introduccin al procesamiento de minerales.

Mxico. LIMUSA. p. 165.

Lpez, E. (2004). Estudio experimental del desgaste abrasivo en aceros AISI

8620, D-2 y H-13 con y sin tratamiento superficial. Tesis de grado. Instituto

Politcnico Nacional, Mexico. 105 pp.

Moroz, P. (1990). Mecanismos de desgaste en bolas de acero y de fundicin

blanca, aplicadas en molienda hmeda de minerales. ARMCO Research &

Technoloy.

Natarajan,K. and Iwasaki,I. (1984). Electrochemical aspects of grinding media

mineral interactions in magnetite ore grinding. International journal of mineral

processing, vol. 13. pp 53 -71.

Natarajan,K. and Iwasaki,I. (1984). Influence of pyrrhotite on the corrosive wear of

grinding balls in magnetite ore grinding. International Journal of mineral

processing, vol. 13. pp 53 -71.

Torres, V. (1997). Grinding balls for minerales. Metalurgia Peruana S. A. Mepsa,

Lima.

Perez, P. and Moore, J. (1984). The aplication of the scanning electron microscope

in determining the interaction of abrasion and corrosion in mineral grinding

media. Microstructural S.C., vol. 11. pp. 207 234.