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Instrumentacion de Molienda en una Planta Concentradora

Instrumentación y Control del Área Molienda en una Planta Concentradora

Área: Mineria - Sub Área: Procesos Mineros

1. INTRODUCCIÓN

El extenso campo de la reducción de tamaño puede dividirse en trituración y molienda. Estos se pueden efectuar por medio de: molienda, corte, reducción con máquinas y herramientas.

El término "molienda" se ha convertido en genérico en el uso común. Se refiere tanto a la pulverización como a la desintegración. Estas operaciones se diferencian por la naturaleza del material alimentado, por su tamaño y por la reducción que puede alcanzarse. Estas características, entre otras, fijan el diseño de la maquinaria que debe emplearse. 

La finalidad inmediata de la trituración y la molienda son la obtención de productos que satisfagan las condiciones y especificaciones sobre el tamaño máximo o mínimo, o ambos a la vez y, producir materiales que cumplan determinados requisitos en lo que respecta a la superficie específica. A veces deben satisfacerse en las operaciones de trituración ciertos requisitos relacionados con la forma de los terrones. Los objetivos finales son numerosos. 

La obtención de una superficie dentro de los límites de tamaño máximo y mínimo es importante en muchos casos. La superficie es la suma de las superficies de los diversos granos, y la superficie específica es la de los granos que forman una unidad de peso o de volumen del material.  

En la actualidad, ante el advenimiento de la tecnología moderna, el proceso de molienda se realiza bajo un estricto control instrumental, desde salas de control centralizado con monitoreo de alarmas a través de controladores lógicos programables, control de variables y parámetros de proceso, estrategias computacionales que tienden a sistemas expertos de control. 

1.2 Límites operacionales Planta de molienda

Los límites operacionales de esta planta se definen como: 

En la alimentación

Se considera que la planta comienza en las correas alimentadoras que descargan el stock pile, 

En la descarga

Se considera que la planta finaliza en la conducción del rebase de los hidrociclones hacia la Planta de Flotación de concentrados.

1.3 Etapas en molienda

Las etapas para describir la instrumentación del área son:

 

  • Alimentación al área
  • Molienda SAG o primaria
  • Alimentación a hidrociclones
  • Clasificación hidrociclónica
  • Molienda secundaria o de bolas

 

diagrama esquematico de area de molienda
 
diagrama de bloques planta de molienda

1.3.1 Alimentación al área

El stock pile se descarga por su parte inferior a través de alimentadores, quienes descargan el mineral hasta correas transportadoras, alimentando a cada molinos SAG. En la alimentación a los SAG se agrega agua recuperada y lechada de cal. En el trayecto de la correa de alimentación se agregan a través de un chute los guijarros rechazados en el trommel del molino.

 

1.3.1.1 Mineral Acopiado

El mineral es acopiado en una tolva de almacenamiento o stock pile. Se descarga por la parte inferior. Se realizan inspecciones visuales en todo momento del nivel de llenado para asegurar la continuidad de la operación. Esta información es posible obtenerla con monitores de TV con despliegue en la sala de control

Generalmente se dispone de cargadores frontales o pechadores con equipos de radio para que el operador del control indique qué boca de descarga se debe alimentar con la carga muerta del acopio.

 

1.3.1.2 Mineral descargado a las correas alimentadoras

Es habitual que en los acopios de mineral se produzca segregación por tamaño. De esta manera las bocas de descarga centrales reciben más finos que gruesos, mientras que en los extremos ocurre lo contrario, más gruesos que finos.

Por esta razón se controla la distribución de tamaño que alimenta al molino SAG en la correa de alimentación 

 

La instalación de piedrómetros que entrega señales continúas de tamaños en base a detectores luces-sombra permite ingresar al molino finos y gruesos de una manera estable.

 

Por lo anterior, la operación de las correas alimentadoras hacia la correa principal tiene un rol importante, no solo en la parte recepción de carga desde los chutes del acopio sino también en la distribución de tamaño.

 

1.3.1.3 Recirculación de guijarros

El mineral que por efecto de la rotación del molino y que no atraviesa la parrilla del trommel es recirculado, se realimenta al molino SAG mediante una combinación de cuatro correas transportadoras. La ultima correa de la serie posee una pesometrica para medir el flujo de carga recirculado. Debe notarse además que la descarga de este circuito también posee una atrapador de metales magnético que retira los trozos de metales del sistema.

 

1.3.1.4 Alimentación al molino SAG

La correa transportadora de alimentación al molino recibe la carga de los alimentadores y recirculación de guijarros. Su entrega o vaciado lo realiza en la tolva o boca de alimentación al molino. En este punto se agrega además, agua procesada y lechada de cal para ajuste de pH en la flotación primaria.

 

1.3.2 Molienda SAG o primaria

La molienda primaria se realiza en un molino SAG. operando en circuito

cerrado con un conjunto de correas que recirculan el rechazo del trommel. El molino es accionado por dos motores. La transmisión del molino es de piñón doble.

 

En el molino SAG comienza la etapa de molienda húmeda. La molienda

tiene como objetivo metalúrgico la recuperación de las especies de valor y no la ley de concentrado.

 

La descarga del molino se realiza se clasifica en un trommel. El rechazo se

recircula al molino. La pulpa, con un sólido aproximado al 65% cae por

gravedad a un pozo o sumidero de alimentación a ciclones

 

1.3.3 Alimentación a hidrociclones

Se cuenta con dos baterías de hidrociclones por molino SAG. La pulpa que

cae al sumidero de alimentación es enviada mediante bombas centrífugas a

las baterías. El sumidero recibe agua fresca para dilución de la pulpa y

control de nivel; recibe además los rebases del pozo del área.

 

1.3.4 Clasificación hidrociclónica

La batería de hidrociclones está compuesta por 12 ciclones, de los cuales 9

operan y 3 se mantienen de reserva. El overflow o rebase constituye el

producto final del área y se destina por gravedad hacia el área de flotación.

El underflow o descarga se conduce por gravedad hacia la molienda

secundaria o molinos de bolas

 

La presión de alimentación a los ciclones normalmente es de 10 a 15 psi y

se controla con la velocidad de la bomba de alimentación y/o el número de

ciclones en operación.

 

1.3.5 Molienda secundaria o molinos de bolas

La molienda secundaria se realiza en molinos de bolas. Cada molino es

accionado por un motor. Como medio de molienda se utilizan bolas de

distinto diámetro.

 

La pulpa que sale del molino se recircula a los hidrociclones conduciéndola

por gravedad hacia el sumidero de alimentación a ciclones mencionado en el punto 1.3.1.

 

2. INSTRUMENTACIÓN DEL PROCESO

En este capítulo se entregan antecedentes de la instrumentación diseñada para cada etapa de molienda. El análisis de la información será realizado en base a los planos P & ID disponibles. 

2.1 Almacenamiento, extracción de cargas desde stock pile

esquema de alimentacion desde stock pile

La carga se retira del stock pile mediante chutes. La línea de descarga tiene instalada en el trayecto un sensor nuclear de nivel de carga en el chute.

instrumentacion en correa alimentadora

Para el chute

LX : Sensor de nivel de carga (sensor nuclear)

LE : Sensor de bajo nivel de carga

LCL : Controlador de bajo nivel de carga

I : Interlock (detiene la correa cuando el nivel de carga en el chute es

bajo

LAL : Alarma de nivel bajo de chute

 

Para la correa

SE : Sensor de velocidad (velocidad cero o correa detenida)

SCL : Controlador de velocidad baja

HC : Control manual (pull cord)

HA : Actuador del pull cord

ZSH : Sensor de posición (actúa con pullcord)

ZCHH : Control de posición (actúa con pullcord)

ZAH : Alarma de posición(actúa con pullcord)

ZAHH : Alarmas de posición(actúa con pullcord)

 

2.2 Controles en correa alimentadora al molino SAG

 

Instrumentación de correa de alimentación a Molino SAG

instrumentacion de correa de alimentacion a molino sag

El propósito del lazo de control de alimentación del molino SAG es asegurar la tasa de alimentación nominal de mineral al molino SAG y entregar la carga de mineral distribuida correctamente que normalmente se disgrega en el stock pile.

Modo de Operación Normal

El peso del mineral recuperado del stock pile es cuantificado por el sensor de peso en la correa de alimentación del molino SAG. Al mismo tiempo, la velocidad de la correa es medida por el sensor de velocidad. El transmisor de peso combina la señal de peso con el sensor de velocidad de correa y transmite la señal al controlador indicador de peso, donde se compara con el punto de ajuste ingresado por el operador (set point). Si hay diferencia entre estos dos valores, la salida del controlador envía un señal al variador de frecuencia del motor de cada feeder para aumentar o disminuir la velocidad de los feeders. Esta acción aumenta o disminuye la alimentación de mineral al molino SAG.

Si el peso de mineral que se está alimentando al molino SAG está sobre el punto de ajuste (set point), la salida del controlador envía una señal al variador de frecuencia del motor de cada feeder para disminuir la velocidad de los feeders, lo que a su vez, baja la proporción del alimento de mineral al molino SAG.

Si el peso de mineral alimentándose al molino SAG está por debajo del punto de ajuste (setpoint), la salida del controlador envía un señal al variador de frecuencia del motor de cada feeder para aumentar la velocidad de los feeders que a su vez, aumentan la tasa de alimentación de mineral al molino SAG.

La correa de alimentación al molino tiene la siguiente instrumentación:Control de velocidad cero

 

  • Detector de correa rasgada
  • Control de tonelaje (pesométrica)
  • Control de tensión de correa
  • Control de chute obstruido
  • Control de tamaño de partículas

 

 

Elementos en control de velocidad 

SE : Sensor de velocidad cero

SCL : Control de velocidad baja

ST : Transmisor de velocidad

SAL : Alarma de velocidad baja

I : Interlock

 

Detector de correa rasgada 

Elementos de instrumentación. 

XC : Elemento de control

XA : Alarma activada

I : Interlock

 

Control de tonelaje 

Elementos de instrumentación 

WE : Elemento de medición de flujo

WY : Calcula con medición de velocidad ST (ST=transmisor de velocidad)

WQIT : Transmisor de diferencial de flujo

WQI : Indicador de diferencial de flujo

WCL : Control de flujo bajo

WIC : Controlador indicador de flujo

 

Control de tensión de correa 

Elementos de instrumentación 

ZSL : Switch de posición bajo

ZCLL : Control de posición bajo bajo

ZAL : Alarma de posición bajo

 

Control de chute obstruido 

Elementos de instrumentación 

LE : Elemento sensor

LSH : Switch de nivel bajo

LAH : Alarma de nivel bajo

I : Interlock

 

Control de tamaño de partículas 

Elementos de instrumentación 

AE : Elemento sensor

AIT : Transmisor indicador

AI : Indicador

Se destaca que todas estas señales son monitoreadas y controladas en DCS de

sala de control.

 

 

2.3 Instrumentación en molienda SAG

instrumentacion en molienda sag

Los controles asociados a los flujos en el molino SAG son:

 

  • Adición de lechada de cal
  • Agua recuperada en la alimentación
  • Agua recuperada en duchas de trommel

 

 

Adición de lechada de cal

Cada molino dispone de una linea alternativa sin instrumentación.

El flujo de lechada de cal es controlado por la salida del controlador de pH instalado en el cajón distribuidor de la flotación. Se trata de una válvula pinch que opera por pulsos.

Elementos de instrumentación

AV : Válvula de flujo (válvula pinch)

AY : Regulador de presión

AY : Regulador de presión (controlado desde DCS con medición de pH)

 

Agua recuperada en la alimentación

Elementos de instrumentación

FV : Válvula de flujo (accionada neumáticamente)

FY : Regulador de presión

FIC : Control indicador de flujo

FFIC: Control de razón de flujo

FQIT: Transmisor indicador diferencial de flujo

FE : Medición de flujo

WI : Indicador de flujo

WY : Regulador de flujo

El propósito del lazo de control de flujo de agua al molino SAG es regular la cantidad de agua que entra en el molino SAG a través del chute de carga. En el modo normal de operación, el agregado de agua al molino SAG se hace en proporción a la tasa de mineral fresco (Control de Razón) alimentado al molino SAG. El agua se controla para asegurar que existan las condiciones de molienda apropiadas (densidad de pulpa) en el molino SAG.

Modo de Operación Normal

La cantidad de mineral fresco y de pebbles retornados se suman para tener la alimentación total que va al molino SAG. La señal del transductor de peso se envía entonces al controlador indicador de la razón de flujo de agua, donde se compara con el punto de ajuste ingresado por el operador. El punto de ajuste ingresado es para la proporción de agua a mineral que se alimenta al molino SAG.

El controlador indicador de la razón de flujo de agua calcula un punto de ajuste para la adición de agua al molino basado en esta razón y en la tasa de alimentación medida de mineral total al molino SAG.

El flujo de agua al chute de alimentación del molino SAG es cuantificado por un medidor de flujo magnético. Esta señal es transmitida por el transmisor indicador de flujo al controlador indicador de razón de flujo de agua.

El controlador de razón compara el flujo medido de agua en el molino SAG con el punto de ajuste calculado basado en la razón de mineral alimentado. Si hay una diferencia entre el valor medido y el punto de ajuste, la salida del controlador modula la posición de la válvula de flujo para aumentar o disminuir el flujo de agua en el chute de carga del molino SAG.

Si el flujo de agua al molino SAG está sobre el punto fijado, la señal de salida del controlador mueve la válvula de flujo a una posición más cerrada para reducir el flujo de agua al molino SAG. Recíprocamente, si el flujo de agua al molino SAG está por debajo del punto de ajuste (setpoint), la señal de salida del controlador mueve la válvula de flujo a una posición más abierta para aumentar el flujo de agua al molino SAG.

2.4 Instrumentación en sumidero de alimentación a hidrociclones molino de

Bolas

El sumidero (cajón de bombas) recibe la pulpa que sale del molino SAG, rebases del área, agua procesada para dilución de sólidos, descarga de molinos de bolas y agua fresca.

instrumentacion de sumidero de alimentacion a hidrociclones de molino de bolas

Control de nivel en pozo

El propósito del lazo de control de nivel del sumidero de alimentación de ciclones primarios es controlar el nivel de pulpa en el sumidero, para así mantener condiciones de operación estables en los ciclones, y simultáneamente evitar que el sumidero se rebalse. El nivel del sumidero es controlado modulando el variador de frecuencia del motor de la bomba de alimentación de ciclones primarios.

Elementos de instrumentación

LE : Sensor de nivel (ultrasónico)

LIT : Transmisor

LIC : Controlador

HIC : Controlador con algoritmo tipo Bias

 

Modo de Operación Normal 

El nivel de pulpa en el sump de descarga del molino SAG es medido por el sensor de nivel. La señal es transmitida por el transmisor indicador de nivel al controlador de nivel (LIC), donde se compara con un punto de ajuste (set point) ingresado por el operador. 

Si hay una diferencia entre estos dos valores, la señal de salida del controlador modula la velocidad de la bomba de descarga del molino SAG en operación para aumentar o disminuir el flujo de pulpa al distribuidor del molino SAG, que a su vez aumenta o baja el nivel en el sump. 

Si el nivel de sump de descarga está sobre el punto de ajuste, la salida del controlador envía una señal para aumentar la velocidad de la bomba de descarga en operación que a su vez, baja el nivel en el sump. Si el nivel del sump de descarga está por debajo del punto de ajuste, la salida del controlador envía una señal para disminuir la velocidad de la bomba de descarga en operación que a su vez, permite que el nivel del sump suba. 

2.5 Instrumentación en alimentación a hidrociclones 

La pulpa que alimenta a los hidrociclones es enviada por las bombas centrifugas de alimentación. En esta operación se controla la densidad de alimentación a la batería y la presión en el anillo. 

Adición de agua recuperada (agua dilución)

El objetivo del lazo de control del flujo de agua de dilución de proceso es mantener la densidad deseada en el overflow de los ciclones. El control de la tasa de agua de dilución se consigue manteniendo la densidad apropiada de alimentación a los ciclones mediante la modulación de la válvula de control de flujo en la línea de agua de proceso que alimenta el sumidero de alimentación de ciclones primarios.

Existen dos métodos de control automático: En Cascada y Automático. En el modo de Cascada, el operador ingresa un set point de densidad en el controlador indicador de densidad, para fijar la densidad deseada en la pulpa de alimentación de ciclones primarios. En el modo Automático, el operador ingresa un set point de flujo de agua en el controlador indicador de agua de dilución para mantener el flujo deseado de agua en el sumidero de alimentación de ciclones primarios, lo que a su vez cambia la densidad de la pulpa de alimentación a los ciclones.

instrumentacion en alimentacion a hidrociclones

Modo de Operación Normal (Cascada) 

En este lazo de control, hay dos controladores instalados para proporcionar el control deseado. En el diseño de este esquema de control, un controlador de flujo actúa como esclavo de un controlador de densidad y se dice que operan en Cascada. El controlador de densidad no actúa para cambiar el flujo de agua de dilución directamente, sino que cambia indirectamente la densidad de pulpa que se está bombeando a los ciclones, cambiando el flujo de agua de dilución en el sumidero de alimentación a ciclones primarios. En el modo Cascada, el controlador de flujo no recibe un set point directamente del operador. Más bien, la señal de salida del controlador de densidad se convierte en la señal de entrada (ó el set point remoto) para el controlador de flujo. 

La densidad de la pulpa que se está bombeando a los ciclones es medida por el densímetro nuclear (DX/DE). La señal es transmitida por el transmisor indicador de densidad (DIT) al controlador indicador de densidad (DIC), donde se compara al set point ingresado por el operador. Si hay una diferencia entre estos dos valores, el controlador de densidad envía una señal de salida al controlador indicador de flujo (FIC) como un set point remoto. El controlador de flujo compara el flujo de agua de dilución real con el set point remoto. Si hay una diferencia, el controlador de flujo modula la válvula de control de flujo (FCV) para aumentar o disminuir el flujo de agua de dilución en el sumidero de alimentación de ciclones primarios, lo que a su vez, aumenta o baja la densidad de la pulpa que se está bombeando a los ciclones. 

2.6 Transmisión del molino SAG 

Desde el sistema de control DCS se realiza la partida y parada del molino SAG. Además, se mide y se despliega la información de potencia desarrollada por el motor del molino SAG. El control de los motores se realiza desde un controlador PLC, el cual posee lógicas de enclavamientos provenientes del resto de los equipos asociados.

 Controles en molino SAG

 

  • Presión en los descansos
  • Potencia del motor
  • Control de velocidad
  • Control de temperatura
  • Control de vibración 

 

Todos estos lazos de control poseen interlock para detención del molino cuando

las alarmas high-high sean sobrepasadas.

Elementos de instrumentación

PIT : Transmisor de presión

PI : Indicador de presión

PIC : Controlador de presión

JT : Transmisor de potencia

SE : Sensor de velocidad

ST : Transmisor de velocidad

SIC : Controlador de velocidad

TE : Sensor de temperatura

TI : Indicador de temperatura

SE : Sensor de vibración

SIT : Transmisor

SCH : Control de vibración alta

 

2.7 Sistema de lubricación de los descansos del molino SAG

El molino cuenta con un descanso fijo y el otro flotante. Ambos descansos

cuentan con sistema de control de temperatura. El sistema de lubricación

consiste en bombas de alta presión y bombas de baja presión. En ambos

sistemas de bombeo opera una bomba y la otra queda de reserva. 

El sistema de lubricación cuenta con control en las líneas de aceite de presión y flujo. 

El sistema incluye calentadores de protección de engranajes del molino SAG

 

Control de temperatura en descansos 

Elementos de instrumentación

TE : Sensor de temperatura

I : Interlock

TI : Indicador de temperatura

TAH : Alarma de temperatura alta

TAHH : Alarma de temperatura sobre el límite (alta alta)

 

Controles en sistema de lubricación

 

  • Control de presión
  • Control de flujo 

 

Control de presión 

PI : Indicador de presión

PSL : Switch de presión baja

PSLL : Switch de presión baja baja

PAL : Alarma de presión baja

PALL : Alarma de presión baja baja

I : Interlock

 

Control de flujo 

FSL : Switch de flujo bajo

FSLL : Switch de flujo bajo bajo

FAL : Alarma de flujo bajo

FALL : Alarma de flujo bajo

 

I : Interlock


AUTOR

CLAUDIO AYALA

Doctor en Ingeniería Eléctrica por la Universidad Federal de Santa Catarina, Brasil. Cuenta con estudios en Control de Plantas de Procesamiento de Minerales y Control y Operación de Plantas. Con una amplia experiencia académica en instituciones como la Universidad de Antofagasta. Ha participado en proyectos de investigación auspiciados por Minera "La Escondida" en Chile.

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