Optimización de Mineral de Hierro de Baja Ley: Técnicas de Jigging para Beneficiación Efectiva

Beneficiación de mineral de hierro de baja ley y el proceso de jigging

Los recursos de mineral de hierro se están consumiendo a un ritmo acelerado debido al crecimiento en la producción de hierro y acero. Debido a esto, la disponibilidad de mineral de hierro de alta ley está disminuyendo y el suministro de mineral de hierro de alta ley a las plantas de hierro y acero está disminuyendo drásticamente. Por tanto, el escenario está cambiando constantemente hacia el uso de minerales de hierro de baja ley y lodos que se han acumulado en los sitios de las minas durante años. Estos lodos vertidos también, de hecho, caen en la categoría de mineral de hierro de baja ley. Además, algunos de los minerales de hierro tienen una composición mineralógica compleja y no responden a las técnicas de beneficiación convencionales. Los procesos de beneficiación modernos permiten una mejora efectiva y de bajo costo de bultos, finos y ultra-finos de tales minerales. Dado que los minerales de hierro consisten en varias composiciones, mineralogías, formas y tamaños, no hay un enfoque «talla única» para la beneficiación de mineral de hierro.

La mayoría del mineral de hierro «run-of-mine» (ROM) contiene un gran porcentaje de otros materiales que necesitan ser removidos a través del proceso de beneficiación antes de que el mineral alcance las especificaciones necesarias para su uso. El alcance de las técnicas de beneficiación empleadas depende del nivel y naturaleza de los diluyentes y la forma de distribución de la ganga e impurezas en la estructura del mineral. La liberación del mineral es un paso esencial para hacerlo responder a las técnicas de beneficiación. Para la selección de técnicas apropiadas, es necesario realizar primero la evaluación mineralógica del mineral para obtener una visión del mineral y conocer la asociación de ganga, tamaño de grano, etc.

Hay varios problemas relacionados con la categorización y beneficiación de minerales de hierro de baja ley. La principal dificultad en el procesamiento y utilización de minerales de hierro de baja ley se debe principalmente a sus características mineralógicas, la naturaleza blanda de algunos de los minerales, y su alto contenido de sílice o alúmina o ambos. Otros problemas que pueden asociarse con los minerales de hierro de baja ley pueden ser mala liberación y mayor contenido de minerales portadores de hidroxilo como goethita y limonita con alto porcentaje de pérdida por ignición (LOI). En el caso de minerales de hierro asociados con mala liberación, el mineral requiere molienda fina para obtener un grado adecuado de liberación del mineral de hierro deseado y los componentes de ganga.

La elección del tratamiento de beneficiación depende de la naturaleza de la ganga presente y su asociación con la estructura del mineral. Varios métodos/técnicas como jigging, lavado, separación magnética, separación por gravedad, y flotación, etc., se están usando para aumentar el porcentaje de hierro en el mineral de hierro y reducir su contenido de ganga. Estas técnicas se usan en varias combinaciones para la beneficiación de minerales de hierro.

Principios de concentración por gravedad

El mineral de hierro normalmente se beneficia utilizando los principios aplicados en la separación de materiales por gravedad, flotación, y métodos magnéticos. El enriquecimiento de minerales utilizando el método de concentración por gravedad es una de las técnicas más antiguas y económicas. Aunque posteriormente otras técnicas como flotación y separación magnética, etc., también se están usando para beneficiación de minerales, solo han reemplazado parcialmente la técnica de concentración por gravedad y no la han hecho obsoleta. Los procesos basados en la técnica de separación por gravedad se usan extensamente en la beneficiación de mineral de hierro debido a su bajo costo, facilidad de operación, y naturaleza ecológica. Las técnicas de concentración por gravedad se basan en las velocidades de sedimentación diferenciales de las diferentes partículas que constituyen el mineral. La velocidad de sedimentación de las partículas se rige conjuntamente por el peso (volumen y densidad), flotación, y fuerzas de arrastre. Las técnicas de gravedad más comúnmente usadas para la beneficiación de minerales de hierro son mesas vibratorias, jigs, y espirales. Los rangos operativos típicos de los métodos de concentración por gravedad se dan en la Fig. 1.

En algunos lugares se hace tostado por reducción del mineral de hematita de baja ley para convertirlo en mineral magnético antes de la aplicación del método de separación magnética para la beneficiación del mineral. Otro método que puede emplearse es el uso de un medio denso en una cama fluidizada gas-sólido para el enriquecimiento de mineral de hierro. El medio denso seleccionado y la presión de gas para la fluidización dependen de las características del mineral de hierro que necesita enriquecimiento.

Cualquier tratamiento de beneficiación efectivo necesita como primer paso una trituración, molienda, y cribado efectivos del mineral. Este es un paso esencial para la liberación de las partículas enriquecidas en hierro. Para esto, se deben emplear tecnologías adecuadas de trituración, molienda, y cribado. El propósito de la molienda y re-molienda es reducir el mineral a un tamaño lo suficientemente pequeño para liberar y recuperar los minerales valiosos. El sistema de trituración, molienda y cribado para la beneficiación del mineral de hierro debe ser diseñado teniendo en cuenta los requisitos de los procesos de beneficiación aguas abajo. Las unidades de trituración pueden incluir unidades de trituración primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria. Trituradoras de mandíbula, giratorias, cónicas, y de rodillos se usan para la trituración de mineral. Circuitos de molienda semiautógena y autógena se usan generalmente para la molienda del mineral. Tanto molinos de barras como de bolas se usan para este propósito. La inversión de capital y costos de operación de equipos de molienda son altos. Por tanto, la economía juega un papel importante en la planificación del grado de trituración y molienda realizada para preparar el mineral para su beneficiación. Otros factores considerados para determinar el grado de trituración y molienda incluyen la concentración de valor del mineral, su mineralogía, dureza y contenido de humedad. La molienda en circuito cerrado minimiza la sobre-molienda de minerales muy friables. Cuanta más carga de recirculación, menos es la sobre-molienda de partículas.

Proceso de jigging

El proceso de jigging es un proceso de concentración de mineral que se lleva a cabo en cualquier fluido cuya efectividad depende de las diferencias en la densidad de las partículas minerales granulares. Consiste en la separación de las partículas en capas de diferentes gravedades específicas seguida por la remoción de las capas separadas. La concentración por proceso de jigging es diferente de otros tipos de procesos de concentración por gravedad como la separación por medio pesado, donde la separación se hace directamente. La estratificación de las partículas de la cama en el proceso de concentración por jigging se logra gradualmente, y la separación en productos se realiza después de un cierto tiempo.

El proceso de jigging es uno de los métodos de separación por gravedad en el que las partículas son normalmente de un tamaño similar, a menudo trituradas y cribadas antes de ser alimentadas sobre la cama del jig. Aunque hay muchas variaciones en el diseño de los jigs, los principios básicos permanecen iguales. El proceso de jigging usa agua como medio de separación y puede aplicarse a minerales, minerales, escorias, así como cualquier otro material que tenga diferencia en la densidad entre el componente deseado y el componente no deseado. Es altamente efectivo en casos donde la diferencia en densidad de corte es más de 4.0 gramos por centímetro cúbico (g/cc).

El jigging es el proceso de clasificar diferentes materiales en el mineral en un fluido por estratificación, basado en el movimiento de una cama de partículas, que son intermitentemente fluidizadas por la pulsación del fluido en un plano vertical. La estratificación causa que las partículas se arreglen en capas con densidad creciente de arriba a abajo. Este arreglo de partículas es desarrollado por varias fuerzas continuamente variables actuando sobre las partículas, y está más relacionado con la densidad de partícula que la mayoría de los otros métodos de concentración por gravedad.

El jigging de minerales de hierro para su beneficiación se ha practicado desde hace muchas décadas. Las razones para elegir jigging para la beneficiación de mineral de hierro sobre otros procesos incluyen: (i) separación relativamente fácil, (ii) intercambio beneficioso entre costo operativo y rendimiento reducido relativo a procesos de medio denso, (iii) capacidad de tratar minerales que requieren densidades de corte mayores que una densidad de 4.0, y (iv) características físicas del mineral que hacen la separación por medio pesado inadecuada (ej. pérdida inaceptable de medio en poros macroscópicos). El uso de jigs pulsados por aire para la beneficiación de minerales de hierro es bastante popular. Esto es ya que los jigs pulsados por aire son capaces de generar las grandes amplitudes de pulso requeridas para fluidizar una cama profunda de mineral pesado, particularmente mineral de hierro en bulto.

En el proceso de jigging, las partículas son introducidas a la cama del jig (usualmente una pantalla) donde son empujadas hacia arriba por una columna de agua pulsante o cuerpo, resultando en las partículas suspendidas dentro del agua. A medida que el pulso se disipa, el nivel de agua regresa a su posición inicial inferior y las partículas una vez más se asientan en la cama del jig. A medida que las partículas son expuestas a energía gravitacional mientras están en suspensión dentro del agua, aquellas con mayor densidad se sedimentan más rápido que aquellas con menor densidad, resultando en una concentración de material con mayor densidad en el fondo, en la cama del jig. Las partículas ahora están concentradas según densidad y pueden ser extraídas de la cama del jig por separado. En el caso de la beneficiación del mineral de hierro, el material más denso es el mineral enriquecido deseado y el resto necesita ser descartado como flotantes (o relaves). El principio del proceso de jigging se muestra en la Fig. 2.

Aunque los jigs son simples en operación, el proceso de jigging en su conjunto es bastante complicado y fuertemente influenciado por varios factores interrelacionados (variables interactivas o parámetros). Estos factores están directamente asociados con uno o más de los sub-procesos en los que el proceso de jigging puede dividirse. Los sub-procesos principales son el propio jig y la unidad de accionamiento que proporciona un patrón de carrera pre-diseñado, así como la alimentación, distribución de alimentación, evacuación de material estratificado, y mecanismo de transporte desde el jig. Muchos de los factores de jigging son inherentemente controlables (variables manipuladas), pero algunos factores incontrolables (variables de perturbación) asociados con el mineral a tratar también juegan un papel importante en el proceso de separación. Estas son algunas de las razones básicas que afectan el rendimiento del jig. La cama del jig normalmente se divide en dos zonas. La zona de concentrado consiste en las capas inferiores, donde el contenido de mineral pesado debe ser mayor al 95 %. Este límite representa una cierta calidad de concentrado.

Hay dos parámetros principales del jig que afectan el rendimiento de los jigs. Estos parámetros son: (i) la forma del pulso, y (ii) el período de tiempo sobre el cual el mineral es pulsado. «Forma del pulso» es un término amplio usado para describir muchas cosas. Algunas de estas son: (i) amplitud del pulso, (ii) frecuencia del pulso, y (iii) nitidez del pulso que típicamente se refiere a la aceleración de la columna de agua al comienzo del pulso o su desviación de una forma sinusoidal. «Período de tiempo» se refiere al tiempo de residencia del mineral en la cama del jig. Con la forma del pulso establecida correctamente para una tasa de estratificación óptima, todavía es necesario proporcionar suficiente tiempo de residencia (depende del ancho, profundidad, longitud del jig) para asegurar que el material difícil (fino y materiales de gravedad cercana) tiene tiempo para migrar a la capa esperada en la cama.

Se ha encontrado que cambiar la forma del pulso afecta la tasa de separación y la calidad de la separación. Usualmente la tasa y los cambios de calidad trabajan en contra el uno del otro y un diseño de jig exitoso usa una forma de pulso que da una separación aceptable en un tiempo de residencia económicamente factible. Por tanto, un desafío al diseñar un jig es seleccionar con confianza una tecnología de jig que esté correctamente dimensionada y ofrezca la forma de pulso adecuada para asegurar máximo rendimiento y flexibilidad.

Para la beneficiación del mineral de hierro, el uso de jigs pulsados por aire es más popular. Esto es porque los jigs pulsados por aire son capaces de generar las grandes amplitudes de pulso requeridas para fluidizar una cama profunda del mineral pesado, particularmente el mineral de hierro en bulto. El principio fundamental del jigging pulsado por aire es la inyección de aire a baja presión (menos de 1 atmósfera) en una cámara con base abierta, para acelerar la columna de agua a través de la cama de material siendo jiggeado. Hay dos formas en las que este principio se implementa. O la bolsa de aire corre a lo ancho del jig debajo de la cubierta de la pantalla, o está ubicada a un lado de la cama del jig. La primera implementación se conoce como jig «pulsado bajo cama» y la segunda como jig «pulsado lateral». El uso de aire en lugar de algún sistema mecánico es porque en el caso de sistema mecánico la potencia instantánea es necesaria para acelerar la columna de agua hasta la velocidad requerida que es muy alta sobre un período corto. Un soplador suministrando aire a un receptor opera continuamente a un consumo de potencia promedio razonable. El soplador se usa para suministro de aire en lugar de compresor o un paquete hidráulico ya que para un requerimiento de potencia dado, un soplador es más fácil de mantener que un compresor o un paquete hidráulico.

El jig pulsado por aire tiene una construcción que consiste en una cubierta de pantalla para soportar la cama del jig y permitir que el pulso de agua generado en las cámaras de aire levante las camas a una altura aceptable para el material específico y el agua de hutch. El agua de hutch fluye a través de la cama a una tasa constante para asistir con la eficiencia de separación y mantener la cama fluidizada por más tiempo. Al final del jig, un flotador mide la carrera de la cama e indica la altura de la cama de producto. La altura de la cama de producto es una indicación a un controlador lógico programable (PLC) para abrir o cerrar las compuertas de producto en pequeños incrementos para controlar la altura de la cama de producto en una banda estrecha alrededor del valor establecido. Los relaves fluyen sobre el vertedero al final del jig mientras que el producto se recoge en la tolva debajo del jig. Sondas de nivel alto y bajo inician y detienen el alimentador para controlar la extracción del producto. El pulso es creado por aire que entra y sale de las cámaras de aire situadas debajo de la cubierta de la pantalla. El aire fuerza el agua en la cámara de aire hacia abajo, creando el pulso en la cama de mineral, y deja salir el aire para permitir que la cama de mineral se asiente en la cubierta de la pantalla del jig antes de que comience el siguiente pulso. El aire es generado por un soplador y almacenado en el recipiente de aire de trabajo. Válvulas de tipo poppet controlan el aire que entra y sale de las cámaras de aire. El nivel de interfaz aire/agua en las cámaras de aire es medido por sondas de nivel, que controlan el tiempo de las válvulas poppet para mantener la carrera en la cámara de aire constante. Un diagrama esquemático típico que muestra un jig con accionamiento por pulso de aire se muestra en la Fig. 3.