El IsaMill es un molino industrial de minerales energéticamente eficiente que fue desarrollado conjuntamente en la década de 1990 por Mount Isa Mines Limited ("MIM", una subsidiaria de MIM Holdings Limited y ahora parte del grupo de empresas Glencore Xstrata ) y Netzsch Feinmahltechnik (" Netzsch"), un fabricante alemán de molinos de perlas. [1] IsaMill es conocido principalmente por sus aplicaciones de molienda ultrafina en la industria minera, pero también se utiliza como un medio más eficiente de molienda gruesa. [2] [3] A finales de 2008, más del 70% de la capacidad instalada de IsaMill era para aplicaciones de rectificado convencional o molienda convencional (a diferencia de la molienda ultrafina), con tamaños de producto objetivo que oscilaban entre 25 y 60 µm . [4]
Si bien la mayor parte de la molienda en la industria mineral se logra utilizando dispositivos que contienen un medio de molienda de acero, IsaMill utiliza medios de molienda inertes como arena de sílice , escoria de fundición residual o bolas de cerámica. [2] El uso de medios de molienda de acero puede causar problemas en los procesos de flotación posteriores que se utilizan para separar los diversos minerales en un mineral, porque el hierro del medio de molienda puede afectar las propiedades superficiales de los minerales y reducir la efectividad del separación. [5] IsaMill evita estos problemas de rendimiento relacionados con la contaminación mediante el uso de un medio de molienda inerte.
Utilizados por primera vez en el concentrador de plomo y zinc Mount Isa en 1994, en mayo de 2013 había 121 instalaciones IsaMill listadas en 20 países, donde eran utilizadas por 40 empresas diferentes. [6]
El IsaMill es un molino de molienda con medio agitado, en el que el medio de molienda y el mineral que se muele se agitan en lugar de estar sujetos a la acción giratoria de los molinos de alto rendimiento más antiguos (como los molinos de bolas y los molinos de barras ). Los molinos agitados suelen consistir en agitadores montados sobre un eje giratorio situado a lo largo del eje central del molino. [7] La cámara de mezcla se llena con el medio de molienda (normalmente arena, [2] escoria de fundición, [2] o cerámica [7] o perlas de acero [7] ) y una suspensión de agua y partículas de mineral, [7] referidas en la industria de los minerales en forma de lodo . Por el contrario, los molinos de bolas, molinos de barras y otros molinos giratorios sólo se llenan parcialmente con el medio de molienda y el mineral.
En los molinos con medio agitador, los agitadores ponen en movimiento el contenido de la cámara de mezcla, provocando intensas colisiones entre el medio de molienda y las partículas de mineral y entre las propias partículas de mineral. [7] La acción de molienda es por desgaste y abrasión, en la que partículas muy finas se desprenden de las superficies de partículas más grandes, [8] en lugar de rotura por impacto. Esto da como resultado la generación de partículas finas con mayor eficiencia energética que los molinos de tambor. [7] Por ejemplo, moler un concentrado de pirita de modo que el 80% de las partículas tengan menos de 12 µm (0,012 mm) consume más de 120 kilovatios-hora por tonelada (kWh/t) de mineral en un molino de bolas que utiliza bolas de 9 mm. pero sólo 40 kWh/t en un IsaMill usando un medio de molienda de 2 mm. [9]
El IsaMill generalmente consta de una serie de ocho discos montados en un eje giratorio dentro de una carcasa cilíndrica (ver Figura 2). [10] El molino está lleno entre un 70% y un 80% con el medio de molienda, [4] y funciona bajo una presión de 100 a 200 kilopascales . [8] Los discos contienen ranuras para permitir que la lechada de mineral pase desde el extremo de alimentación hasta el extremo de descarga (ver Figura 3). El área entre cada disco es efectivamente una cámara de molienda individual, y el medio de molienda se pone en movimiento mediante la rotación de los discos, que aceleran el medio hacia la cáscara. [10] Esta acción es más pronunciada cerca de los discos. El medio fluye de regreso hacia el eje en la zona cerca del punto medio entre los discos, creando una circulación del medio de molienda entre cada par de discos, como se muestra en la Figura 4. [10]
El tiempo medio de residencia del mineral en el molino es de 30 a 60 segundos. [4] El cortocircuito de la zona de molienda por parte de la alimentación es insignificante, como resultado de tener múltiples cámaras de molienda en serie. [10]
El producto molido se separa del medio de molienda en el extremo de descarga del molino. Esto se logra sin utilizar cribas mediante el uso de un separador de producto patentado que consta de un rotor y un cuerpo de desplazamiento (ver Figura 2 y Figura 4). [10] La distancia relativamente corta entre el último disco da como resultado una acción centrífuga que fuerza las partículas gruesas hacia la carcasa del molino, desde donde fluyen de regreso hacia el extremo de alimentación. [10] Esta acción retiene el medio de molienda dentro del molino. [10]
El separador de producto es una parte muy importante del diseño de IsaMill. Evita la necesidad de utilizar cribas para separar el medio de molienda de las partículas molidas. [4] El uso de cribas exigiría mucho mantenimiento a los molinos, ya que serían propensos a bloquearse, lo que requeriría paradas frecuentes para su limpieza. [4]
Las partículas finas no son tan susceptibles a las fuerzas centrífugas y permanecen más cerca del centro del molino, donde se descargan a través del cuerpo de desplazamiento a una velocidad igual a la velocidad de alimentación del molino. [10]
El diseño del IsaMill da como resultado una distribución nítida del tamaño del producto, lo que significa que el IsaMill puede operar en circuito abierto (es decir, sin la necesidad de una separación externa de las partículas descargadas en cribas o hidrociclones para permitir que el producto grueso de gran tamaño regrese a el molino para una segunda pasada). [10] También significa que hay menos sobremolienda en el extremo más fino de la distribución de tamaño, como ocurre durante el funcionamiento de los molinos de torre. [10]
El desarrollo de IsaMill fue impulsado por el deseo de MIM Holdings de desarrollar su depósito de plomo y zinc en el río McArthur en el Territorio del Norte de Australia , y por la necesidad de una molienda más fina en su concentrador de plomo y zinc en Mount Isa.
Los granos minerales en el depósito del río McArthur eran mucho más finos que los de las minas en funcionamiento. Los trabajos de prueba habían demostrado que sería necesario moler parte del mineral de modo que el 80% de las partículas molidas tuvieran menos de 7 µm (0,007 mm) si se preparaba un concentrado vendible de minerales mixtos de plomo y zinc (denominado "concentrado a granel"). ") debían producirse. [10]
Al mismo tiempo, el tamaño del grano del mineral de plomo y zinc extraído y procesado en Mount Isa estaba disminuyendo, lo que dificultaba la separación de los minerales de plomo y zinc. [11] La liberación de granos de esfalerita (sulfuro de zinc) cayó de más del 70% a poco más del 50% entre 1984 y 1991. [11] Como resultado, el concentrador de plomo y zinc Mount Isa se vio obligado a producir un concentrado a granel a partir del principios de 1986 hasta finales de 1996. [1] Los concentrados a granel no pueden tratarse en fundiciones electrolíticas de zinc , debido a su contenido de plomo, y normalmente se tratan en altos hornos utilizando el Proceso de Fundición Imperial . El Proceso de Fundición Imperial tiene costos operativos más altos que el proceso electrolítico de zinc más común y, por lo tanto, el pago recibido por los productores de concentrado a granel es menor que el recibido por los concentrados de plomo y zinc por separado. El zinc en el concentrado a granel de Mount Isa finalmente valía menos de la mitad que el zinc en el concentrado de zinc. [11]
Estos problemas proporcionaron un gran incentivo para que MIM moliera sus minerales más finos. Los metalúrgicos del MIM habían llevado a cabo trabajos de prueba de molienda fina en muestras de ambos depósitos utilizando tecnologías de molienda convencionales entre 1975 y 1985. [11] Sin embargo, se descubrió que la molienda convencional tenía un consumo de energía muy alto y que la contaminación de la superficie del mineral por el hierro del Los medios de molienda de acero afectaron negativamente el rendimiento de la flotación. [11] En 1990 se llegó a la conclusión de que no existía ninguna tecnología adecuada para la molienda hasta tamaños finos en la industria de los metales comunes. [5] En consecuencia, el jefe de investigación de procesamiento de minerales de Mount Isa, el Dr. Bill Johnson, comenzó a analizar prácticas de molienda fuera de la industria minera. [4] Descubrió que la molienda fina estaba bien establecida para productos manufacturados de alto valor como tintas para impresoras, productos farmacéuticos, pigmentos para pinturas y chocolate. [4]
MIM decidió trabajar con Netzsch, que era pionero en el campo del rectificado fino y sigue siendo líder. [4] Los trabajos de prueba se realizaron con uno de los molinos de perlas horizontales de Netzsch. Demostró que un molino de este tipo podía alcanzar el tamaño de molienda requerido. [1] Sin embargo, los molinos utilizados en estas industrias se utilizaron a pequeña escala y, a menudo, eran operaciones por lotes. [1] Utilizaron medios de molienda costosos que con frecuencia debían retirarse, filtrarse y reemplazarse para que los molinos siguieran funcionando correctamente. [1] El medio de molienda tradicional consistía en perlas de sílice, alúmina y circonio que, en aquellos días, costaban alrededor de 25 dólares estadounidenses por kilogramo ("kg") y duraban sólo unos pocos cientos de horas. [1] Un medio de molienda tan costoso y de corta duración no sería rentable en una industria que procesa cientos de toneladas de mineral por hora. [1]
Los trabajos de prueba posteriores se centraron en encontrar un medio de molienda más económico que pudiera hacer que el molino de perlas fuera viable para el procesamiento de minerales. Este trabajo incluyó el uso de perlas de vidrio (alrededor de 4 dólares EE.UU./kg) y arena de río tamizada (alrededor de 0,10 dólares EE.UU./kg) antes de descubrir que las cuentas redondeadas producidas por la granulación de escoria del horno de reverbero de la fundición de cobre de Mount Isa constituían un medio de molienda ideal. [12]
Como resultado del éxito de las pruebas de laboratorio, se probó un molino de mayor escala en la planta piloto de flotación de MIM. Se descubrió que el molino estándar sufría una tasa de desgaste muy alta, y los discos se desgastaban gravemente en 12 horas. [1]
Los esfuerzos de desarrollo de MIM se centraron en encontrar un revestimiento que pudiera resistir el desgaste y en diseñar un separador que retendría el medio de molienda de gran tamaño dentro del molino y al mismo tiempo permitiría la salida de la lechada de mineral fino. [1]
Con el desarrollo del separador de producto y los cambios para reducir la tasa de desgaste del molino, los dos primeros IsaMills a gran escala se pusieron en producción en el concentrador de plomo y zinc de Mount Isa en 1994. [5] Con 3000 litros ("L" ), eran seis veces mayores que el molino estándar más grande producido hasta ahora por Netzsch. [5] Tenían un tamaño de motor de 1120 kW [6] y permitieron probar el nuevo diseño y medio de molienda a escala comercial. [13] Este modelo de IsaMill fue denominado "M3000". [6]
Esta fue la primera aplicación de molinos agitados en la industria minera de metales. [14]
El desarrollo de IsaMill le dio a la Junta Directiva de MIM Holdings la confianza para autorizar la construcción de la mina y concentradora McArthur River. Los siguientes cuatro IsaMills M3000 se instalaron en la concentradora del río McArthur en 1995. [15]
Los primeros molinos instalados en Mount Isa y McArthur River inicialmente funcionaron con seis discos. El número se incrementó primero a siete discos y finalmente a los ocho discos que ahora son estándar. [8]
Los IsaMills a gran escala permitieron a MIM refinar el diseño del molino para permitir una mayor facilidad de mantenimiento. Por ejemplo, se cambió el diseño del caparazón para permitir que se divida a lo largo de la línea central horizontal (ver Figura 5). [8] Esto se hizo para permitir el uso de un revestimiento deslizante reemplazable, evitando la necesidad de enviar la carcasa para un revestimiento de goma fría y la necesidad de tener un stock de carcasas forradas de repuesto. [8] Además, la dirección del flujo de alimentación a través del molino se invirtió, porque la mayor parte del desgaste del disco se produjo en el extremo de alimentación, que inicialmente estaba en el extremo impulsor del molino. [8] Al cambiar el extremo de alimentación al extremo opuesto al de transmisión, los discos que requirieron reemplazo más frecuente fueron los primeros que se retiraron del eje en lugar de los últimos (consulte la Figura 6 y la Figura 7). [10]
Mientras que los IsaMills en Mount Isa fueron operados utilizando escoria de horno de reverbero de fundición de cobre cribada como medio de molienda, [1] los de McArthur River utilizaron finos de molino primario cribados como medio de molienda durante los primeros siete años de su operación y, en 2004, pasó a utilizar arena de río filtrada. [9]
La primera venta fuera del grupo MIM Holdings también se produjo en 1995, con la venta de tres IsaMills "M1000" más pequeños a Kemira para moler sulfato de calcio en una de sus operaciones finlandesas. [6]
Se instaló un quinto IsaMill M3000 en el concentrador del río McArthur en 1998 y seis más en el concentrador de plomo y zinc Mount Isa en 1999. [6]
La instalación de IsaMills en Mount Isa, junto con algunas otras modificaciones al concentrador de plomo-zinc, permitió a MIM dejar de producir concentrado a granel de bajo valor en 1996. [1] Los IsaMills hicieron posible el desarrollo de la mina McArthur River. [15]
Las primeras ventas a organizaciones externas de los molinos M3000 fueron a Kalgoorlie Consolidated Gold Mines Pty Ltd ("KCGM"), el mayor productor de oro de Australia y una empresa conjunta de Newmont Australia Pty Ltd y Barrick Australia Pacific que opera el "super tajo" de oro de Kalgoorlie. la mía en Australia Occidental y el Gidji Roaster, al norte de Kalgoorlie. [16] El primero de los dos IsaMills comprados por KCGM se puso en servicio en Gidji Roaster en febrero de 2001 para complementar la capacidad de tratamiento del tostador. [16] Un cambio en el tipo de mineral había resultado en un aumento en su contenido de azufre, lo que a su vez aumentó la masa de concentrado de sulfuro producido, convirtiendo así a los dos tostadores de Lurgi en un cuello de botella en el proceso de producción de oro. [16] Los estudios realizados por metalúrgicos de KCGM habían demostrado que la molienda ultrafina era una alternativa a la tostación como método para desbloquear el oro fino que no podía recuperarse sin un tratamiento adicional (el llamado "oro refractario"), pero hasta el desarrollo de IsaMill, no existía ningún método económico de molienda ultrafina disponible. [dieciséis]
En 2015, KCGM completó la puesta en servicio de una unidad M6000 más grande en Gidgi Roaster y posteriormente pudo desmantelar los dos tostadores Lurgi. Una ligera disminución en la recuperación de oro fue más que compensada por una mayor disponibilidad, ya que el funcionamiento de la planta de Gidgi ya no se vio limitado por los requisitos de control de calidad del aire. La retirada de los tostadores se completó a principios de 2017, aunque la impresionante pila sigue siendo un hito.
El desarrollo inicial de IsaMill fue impulsado por los problemas encontrados al tratar los yacimientos de mineral de plomo y zinc de MIM. El siguiente gran salto fue impulsado por los problemas experimentados por los productores de platino de Sudáfrica, lo que impulsó el desarrollo de fábricas más grandes e inició la penetración global de la tecnología.
A principios del siglo XXI, las empresas mineras de platino sudafricanas extraían cantidades cada vez mayores de mineral de platino más difícil, lo que dio lugar a una disminución de las recuperaciones de los metales del grupo del platino para concentrar y a un aumento de las cantidades de cromita, lo que afecta negativamente al rendimiento de la fundición. [14] Estos problemas llevaron a la industria a investigar el potencial de nuevos desarrollos en la molienda con medio agitado. [14]
El primero en moverse en el área fue Lonmin, que compró un IsaMill M3000 en 2002. [14] Anglo Platinum, que en ese momento tenía 20 concentradores en funcionamiento alrededor del complejo Bushveld, [17] siguió en 2003 con la compra de un IsaMill M250 más pequeño. para realizar pruebas en su planta piloto de Rustenburg. [14] Después de realizar el trabajo de prueba, Anglo Platinum decidió utilizar una versión ampliada del IsaMill en su proyecto Western Limb Tailings Retreatment ("WLTR"). [14] Trabajó con Xstrata Technology, entonces titulares de los derechos de comercialización, y Netzsch para desarrollar el IsaMill M10000, que tiene un volumen de 10.000 L y, en ese momento, un propulsor de 2.600 kW. [14] El molino utilizaba sílice, triturada y tamizada, como medio de molienda. [14]
La nueva planta entró en funcionamiento a finales de 2003 y cumplió con las expectativas de desempeño de Anglo Platinum, incluida una ampliación de escala casi perfecta. [14] Tenía costos operativos más bajos que la unidad M3000 más pequeña instalada en un servicio similar en la operación de Lonmin. [14]
Al igual que la mina McArthur River anterior, el proyecto WLTR solo fue posible gracias a las ventajas que confiere la tecnología IsaMill. [9]
El éxito de la unidad M10000 animó a Anglo Platinum a buscar otras aplicaciones de la tecnología IsaMill y, tras un extenso programa de investigaciones de planta y pruebas de laboratorio, decidió instalar un IsaMill M10000 con un motor de 3000 kW en una corriente principal (en lugar de ultrafino) aplicación de molienda. [14] El medio de molienda seleccionado fue un material cerámico de alúmina endurecido con circonio recientemente disponible y de bajo costo, [14] que fue desarrollado por Magotteaux International. [18]
Los resultados justificaron un despliegue agresivo de más IsaMills en las concentradoras de Anglo Platinum, y para 2011, Anglo Platinum había comprado 22 IsaMills para sus concentradoras. [19] La mayoría de las instalaciones se encuentran en aplicaciones convencionales de molienda inerte, que producen tamaños de partículas de producto relativamente gruesos (por ejemplo, el 80% de las partículas menores de 53 µm). [19] Anglo Platinum atribuyó un aumento de la recuperación en su concentradora de Rustenburg de más de tres puntos porcentuales a la instalación de IsaMills allí. [19]
El IsaMill M10000 ha demostrado ser muy popular y las ventas de la tecnología han sido sólidas desde su lanzamiento al escenario mundial. [6] Los IsaMills ahora se utilizan en aplicaciones de plomo-zinc, cobre, metales del grupo del platino, oro, níquel, molibdeno y mineral de hierro magnetita. [6]
Xstrata Technology ha estado desarrollando recientemente un modelo IsaMill M50000 de mayor tamaño, con un volumen interno de 50.000 L, con potencia de hasta 8 MW. [20]
Las ventajas de IsaMill incluyen:
El desarrollo de una tecnología económica de molienda ultrafina ha hecho posible la lixiviación atmosférica de minerales que antes era imposible. MIM Holdings también desarrolló, a través de sus instalaciones de investigación ubicadas en Albion, un suburbio de Brisbane, un proceso de lixiviación atmosférica llamado Proceso Albion .
Al utilizar IsaMills para moler las partículas de minerales refractarios a tamaños ultrafinos, el Proceso Albion aumenta la actividad de los concentrados de sulfuro hasta el punto en que pueden oxidarse fácilmente en tanques abiertos convencionales. De este modo, la oxidación se lleva a cabo sin necesidad de alta presión, reactivos costosos o bacterias. [22]