El IsaMill es un molino de molienda de minerales de bajo consumo energético 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 bolas. [1] El 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 fines de 2008, más del 70% de la capacidad instalada del IsaMill era para molienda convencional o aplicaciones de molienda convencional (a diferencia de la molienda ultrafina), con tamaños de producto objetivo que van desde 25 a 60 μm . [4]
Si bien la mayor parte de la molienda en la industria minera se logra utilizando dispositivos que contienen un medio de molienda de acero, el 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 de la superficie de los minerales y reducir la efectividad de la separación. [5] El IsaMill evita estos problemas de rendimiento relacionados con la contaminación mediante el uso de un medio de molienda inerte.
Utilizado por primera vez en el concentrador de plomo y zinc de Mount Isa en 1994, en mayo de 2013 había 121 instalaciones IsaMill registradas 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 de volteo de los molinos de alto rendimiento más antiguos (como los molinos de bolas y los molinos de barras ). Los molinos agitados a menudo consisten en agitadores montados en un eje giratorio ubicado 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] conocida en la industria de los minerales como una suspensión . Por el contrario, los molinos de bolas, molinos de barras y otros molinos de volteo solo se llenan parcialmente con el medio de molienda y el mineral.
En los molinos de medio agitado, los agitadores ponen en movimiento el contenido de la cámara de mezcla, lo que provoca colisiones intensas entre el medio de molienda y las partículas de mineral y entre las partículas de mineral entre sí. [7] La acción de molienda se realiza por atrición y abrasión, en la que las 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 volteo. [7] Por ejemplo, moler un concentrado de pirita de modo que el 80% de las partículas tengan un tamaño inferior a 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 solo 40 kWh/t en un IsaMill que utiliza un medio de molienda de 2 mm. [9]
El molino 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 suspensión 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 por la rotación de los discos, que aceleran el medio hacia la carcasa. [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 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 tamices mediante 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 empuja 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 mallas para separar el medio de molienda de las partículas molidas. [4] El uso de mallas haría que los molinos necesitaran mucho mantenimiento, 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 funcionar en circuito abierto (es decir, sin la necesidad de una separación externa de las partículas descargadas en tamices o hidrociclones para permitir que el producto de gran tamaño grueso regrese al 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 McArthur River en el Territorio del Norte de Australia , y por la necesidad de una molienda más fina en su concentrador de plomo y zinc de Mount Isa.
Los granos minerales del yacimiento del río McArthur eran mucho más finos que los de las minas en funcionamiento. Las pruebas habían demostrado que sería necesario moler parte del mineral de modo que el 80% de las partículas molidas tuvieran un tamaño inferior a 7 μm (0,007 mm) si se quería producir un concentrado comercializable de minerales mixtos de plomo y zinc (denominado "concentrado a granel"). [10]
Al mismo tiempo, el tamaño del grano mineral 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 esfalrita (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 de Mount Isa se vio obligado a producir un concentrado a granel desde principios de 1986 hasta fines de 1996. [1] Los concentrados a granel no se pueden tratar en fundiciones de zinc electrolítico , debido a su contenido de plomo, y generalmente se tratan en altos hornos utilizando el Proceso de Fundición Imperial . El Proceso de Fundición Imperial tiene costos operativos más altos que el proceso de zinc electrolítico más común y, por lo tanto, el pago que reciben los productores de concentrado a granel es menor que el que reciben por concentrados de plomo y zinc separados. El zinc en el concentrado a granel de Mount Isa eventualmente valía menos de la mitad del zinc en el concentrado de zinc. [11]
Estos problemas proporcionaron un gran incentivo para que MIM moliera sus minerales más finos. Los metalúrgicos de MIM habían realizado 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 hierro de los medios de molienda de acero afectaba negativamente el rendimiento de la flotación. [11] Se concluyó en 1990 que no existía una tecnología adecuada para moler a tamaños finos en la industria de los metales básicos. [5] En consecuencia, el director de investigación de procesamiento de minerales de Mount Isa, el Dr. Bill Johnson, comenzó a buscar prácticas de molienda fuera de la industria minera. [4] Encontró que la molienda fina estaba bien establecida para productos manufacturados de alto valor como tintas de impresora, productos farmacéuticos, pigmentos de pintura y chocolate. [4]
MIM decidió trabajar con Netzsch, que fue pionera en el campo de la molienda fina y sigue siendo líder. [4] Se realizó un trabajo de prueba utilizando uno de los molinos de bolas horizontales de Netzsch. Se demostró que un molino de este tipo podía lograr el tamaño de molienda requerido. [1] Sin embargo, los molinos utilizados en estas industrias se utilizaban a pequeña escala y a menudo eran operaciones por lotes. [1] Utilizaban medios de molienda costosos que con frecuencia debían retirarse, tamizarse y reemplazarse para que los molinos siguieran funcionando correctamente. [1] El medio de molienda tradicional consistía en bolas de sílice-alúmina-circonio que, en aquellos días, costaban alrededor de 25 dólares estadounidenses por kilogramo ("kg") y duraban solo unos pocos cientos de horas. [1] Un medio de molienda tan costoso y de vida útil tan corta sería antieconómico 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 barato 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 estadounidenses/kg) y arena de río tamizada (alrededor de 0,10 dólares estadounidenses/kg) antes de descubrir que las perlas redondeadas producidas al granular la 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 un índice de desgaste muy alto, y los discos se desgastaban severamente en 12 horas. [1]
Los esfuerzos de desarrollo de MIM se centraron en encontrar un revestimiento que pudiera soportar el desgaste y en diseñar un separador que retuviera el medio de molienda de gran tamaño dentro del molino y al mismo tiempo permitiera que saliera la suspensión de mineral fino. [1]
Con el desarrollo del separador de productos 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 volúmenes de 3000 litros ("L"), eran seis veces más grandes que el molino estándar más grande producido anteriormente por Netzsch. [5] Tenían un tamaño de motor de 1120 kW [6] y permitieron que el nuevo diseño y medio de molienda se probaran a escala comercial. [13] Este modelo de IsaMill se denominó "M3000". [6]
Esta fue la primera aplicación de molinos agitadores en la industria minera de metales. [14]
El desarrollo del IsaMill le dio a la Junta Directiva de MIM Holdings la confianza para autorizar la construcción de la mina y concentradora de McArthur River. Los siguientes cuatro IsaMill M3000 se instalaron en la concentradora de McArthur River en 1995. [15]
Los primeros molinos instalados en Mount Isa y McArthur River funcionaban inicialmente con seis discos. El número se incrementó primero a siete discos y finalmente a los ocho discos que son el estándar en la actualidad. [8]
Los IsaMills a gran escala permitieron a MIM refinar el diseño del molino para permitir una mayor facilidad de mantenimiento. Por ejemplo, se modificó el diseño de la carcasa para permitir que se dividiera a lo largo de la línea central horizontal (consulte la 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 caucho en frío y la necesidad de tener un stock de carcasas revestidas de repuesto. [8] Además, se invirtió la dirección del flujo de alimentación a través del molino, porque la mayor parte del desgaste del disco se producía en el extremo de alimentación, que inicialmente estaba en el extremo de accionamiento del molino. [8] Al cambiar el extremo de alimentación al opuesto al extremo de accionamiento, los discos que requerían un reemplazo más frecuente eran los primeros que se retiraban del eje en lugar de los últimos (consulte la Figura 6 y la Figura 7). [10]
Mientras que los IsaMills en Mount Isa funcionaban utilizando escoria de horno de reverbero de fundición de cobre tamizada como medio de molienda, [1] los de McArthur River utilizaron finos de molino de molienda primaria tamizados como medio de molienda durante los primeros siete años de su operación y, en 2004, cambiaron a utilizar arena de río tamizada. [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]
En 1998 se instaló un quinto IsaMill M3000 en el concentrador de McArthur River y seis más en el concentrador de plomo y zinc de Mount Isa en 1999. [6]
La instalación de los IsaMills en Mount Isa, junto con algunas otras modificaciones al concentrador de plomo y zinc, permitió a MIM dejar de producir el 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 la mina de oro de "super pit" Kalgoorlie en Australia Occidental y el tostador Gidji, al norte de Kalgoorlie. [16] El primero de los dos IsaMills comprados por KCGM se puso en servicio en el tostador Gidji en febrero de 2001 para complementar la capacidad de tratamiento del tostador. [16] Un cambio en el tipo de mineral había dado como resultado 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 Lurgi en un cuello de botella en el proceso de producción de oro. [16] Los estudios realizados por los metalúrgicos de KCGM habían demostrado que la molienda ultrafina era una alternativa a la tostación como método para desbloquear el oro fino que no se podía recuperar sin un tratamiento adicional (el llamado "oro refractario"), pero hasta el desarrollo del IsaMill, no había ningún método económico de molienda ultrafina disponible. [16]
En 2015, KCGM completó la puesta en servicio de una unidad M6000 más grande en la tostadora de Gidgi y, posteriormente, pudo desmantelar las dos tostadoras de Lurgi. Una ligera disminución en la recuperación de oro se vio más que compensada por una mayor disponibilidad, ya que la operación de la planta de Gidgi ya no se vio limitada por los requisitos de control de calidad del aire. La remoción de las tostadoras se completó a principios de 2017, aunque la impresionante chimenea aún permanece como un hito.
El desarrollo inicial de IsaMill fue impulsado por los problemas que surgieron al tratar los yacimientos de mineral de plomo y zinc de MIM. El siguiente gran avance fue impulsado por los problemas que experimentaron los productores de platino de Sudáfrica, lo que impulsó el desarrollo de molinos más grandes e inició la penetración global de la tecnología.
A principios del siglo XXI, las empresas mineras de platino de Sudáfrica extraían cantidades cada vez mayores de mineral de platino más difícil, lo que daba como resultado una disminución de las recuperaciones de los metales del grupo del platino para concentrar y un aumento de las cantidades de cromita, lo que afecta negativamente el rendimiento de la fundición. [14] Estos problemas llevaron a la industria a investigar el potencial de nuevos desarrollos en la molienda en medio agitado. [14]
El primero en actuar en la zona fue Lonmin, que compró un IsaMill M3000 en 2002. [14] Anglo Platinum, que en ese momento tenía 20 concentradores en funcionamiento en el 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 de retratamiento de relaves de Western Limb ("WLTR"). [14] Trabajó con Xstrata Technology, por entonces los 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 accionamiento de 2600 kW. [14] El molino utilizaba sílice, triturada y tamizada, como medio de molienda. [14]
El nuevo molino se puso en funcionamiento a fines de 2003 y cumplió con las expectativas de rendimiento de Anglo Platinum, incluida una ampliación de escala casi perfecta. [14] Tuvo costos operativos más bajos que la unidad M3000 más pequeña instalada en una tarea similar en la operación de Lonmin. [14]
Al igual que la mina McArthur River que la precedió, el proyecto WLTR sólo 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 amplio programa de investigaciones en planta y pruebas de laboratorio, decidió instalar un IsaMill M10000 con un motor de 3000 kW en una aplicación de molienda convencional (en lugar de ultrafina). [14] El medio de molienda seleccionado fue un material cerámico de alúmina endurecida con circonia de bajo coste y recientemente disponible, [14] que fue desarrollado por Magotteaux International. [18]
Los resultados justificaron una implementación agresiva de más IsaMills en las plantas concentradoras de Anglo Platinum y, para 2011, Anglo Platinum había comprado 22 IsaMills para sus plantas concentradoras. [19] La mayoría de las instalaciones se encuentran en aplicaciones de molienda inerte convencionales, que producen tamaños de partículas de producto relativamente gruesos (por ejemplo, el 80 % de las partículas son más pequeñas que 53 μm). [19] Anglo Platinum atribuyó un aumento en la recuperación en su concentrador de Rustenburg de más de tres puntos porcentuales a la instalación de los 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 mineral de hierro de magnetita, plomo-zinc, cobre, metales del grupo del platino, oro, níquel, molibdeno y magnetita. [6]
Xstrata Technology ha estado desarrollando recientemente un IsaMill modelo M50000 más grande, con un volumen interno de 50.000 L, con un accionamiento 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 para los que antes esto era imposible. MIM Holdings también desarrolló, a través de su centro de investigación ubicado en Albion, un suburbio de Brisbane, un proceso de lixiviación atmosférica llamado Proceso Albion .
Al utilizar IsaMills para moler las partículas de minerales refractarios hasta 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 esta manera, la oxidación se lleva a cabo sin necesidad de alta presión, reactivos costosos o bacterias. [22]