Las cribas vibratorias de alta frecuencia son las máquinas de cribado más importantes que se utilizan principalmente en la industria de procesamiento de minerales . Se utilizan para separar los materiales que contienen minerales sólidos y triturados de hasta menos de 200 μm de tamaño, y son aplicables tanto a materiales perfectamente humedecidos como secos. La frecuencia de la criba se controla principalmente mediante un vibrador electromagnético que se monta encima y se conecta directamente a la superficie de cribado. Sus características de alta frecuencia la diferencian de una criba vibratoria normal. Las cribas vibratorias de alta frecuencia suelen funcionar en un ángulo inclinado, que tradicionalmente varía entre 0° y 25° y puede llegar hasta un máximo de 45°. Deben funcionar con un recorrido bajo y tener una frecuencia que va de 1500 a 9000 RPM . La frecuencia en la criba de alta frecuencia puede ser fija o variable. La criba de alta frecuencia variable es más versátil para abordar condiciones variadas del material, como la distribución del tamaño de partícula, la humedad y tiene una mayor eficiencia debido al aumento incremental de la frecuencia. La fuerza G juega un papel importante en la determinación de la capacidad de cribado específica de la criba en términos de TPH por metro cuadrado. La fuerza G aumenta exponencialmente con la frecuencia.
A menudo es necesario un pretratamiento del alimento antes de utilizar la pantalla de alta frecuencia, ya que las aberturas de la pantalla pueden bloquearse fácilmente.
Las pantallas de alta frecuencia se han vuelto más estandarizadas y ampliamente adoptadas en los procesos de clasificación de materiales. Permiten cortes eficientes y separaciones de finos, lo que puede proporcionar alta pureza y control de tamaño preciso del producto (para tamaños de partículas finas de hasta 0,074-1,5 mm). [1] Las aplicaciones industriales comunes incluyen deshidratación de materiales, procesamiento de polvo en carbón, minerales y menas, granulación de madera, pavimento de asfalto recuperado fraccionado, industria alimentaria, farmacéutica y química . La finura de los productos y las capacidades del sistema varían en un amplio rango entre diferentes modelos, para satisfacer los requisitos de aplicación individuales. También se utiliza de manera efectiva para procesar arena fabricada para segregación de tamaño y eliminación de limo que está 75 micrones por debajo. Para la eliminación de partículas finas, es deseable una alta fuerza G y se logra con una frecuencia más alta alrededor de 5000 a 6000 rpm.
En general, las cribas de alta frecuencia se utilizan para separar el pavimento asfáltico "recuperado" (RAP) en múltiples tamaños y fracciones, lo que permite a los productores aprovechar al máximo los materiales reciclados. El RAP es un material reciclado que se reutiliza en la construcción de pavimentos nuevos; cualquier producto reciclado vale tanto como lo que reemplaza. [2] En comparación con los métodos de cribado convencionales que se limitan a producir tamaños inaceptables en los productos, las cribas de alta frecuencia pueden producir un dimensionamiento más eficiente para obtener un producto más fino. Otra ventaja de utilizar cribas de alta frecuencia para reciclar los materiales recuperados es que se pueden reutilizar los agregados y el aceite disponibles, y se reduce la cantidad de material nuevo necesario. Por lo tanto, el costo de capital para el proceso se reduce al mismo tiempo que se mantiene una alta calidad de la mezcla asfáltica. Además, la criba de alta frecuencia aplica una vibración intensiva directamente sobre el medio de la criba; estas altas RPM permiten que el material del pavimento asfáltico alcance una mayor estratificación y se separe a un ritmo más rápido. [3]
En el procesamiento de minerales, como minerales metálicos (por ejemplo, hierro, estaño, tungsteno, tantalio, etc.) y minerales de metales no ferrosos (por ejemplo, plomo, zinc, oro, plata y arena industrial, etc.), las pantallas de alta frecuencia tienen un papel crucial. Después de que los minerales se trituran, las pantallas de alta frecuencia se utilizan como un clasificador que selecciona el tamaño de los materiales que es lo suficientemente pequeño para ingresar a la siguiente etapa para su recuperación. Por ejemplo, el circuito de molienda cerrado (por ejemplo, red de recirculación con molino de bolas). En primer lugar, filtra las partículas gruesas y las recircula de regreso a la máquina de molienda. En segundo lugar, el material de grano fino se descargará de manera oportuna, evitando el triturado excesivo causado por la remolienda. [4] Los beneficios de usar pantallas de alta frecuencia en el procesamiento de minerales pueden cumplir fácilmente con el requisito de finura para la recuperación y pueden lograr una separación de tamaño más pequeño, reduciendo la capacidad necesaria para la etapa de trituración y el consumo general de energía. Por lo tanto, mejora el grado del producto final y proporciona una mejor recuperación y eficiencia de cribado.
Las cribas vibratorias de alta frecuencia logran una alta eficiencia de separación y se diferencian de sus contrapartes porque rompen la tensión superficial entre las partículas. Además, el alto nivel de RPM contribuye a aumentar la estratificación del material, por lo que se separan a una velocidad mucho mayor. La separación no puede tener lugar sin estratificación. Además, como la criba vibra verticalmente, existe un "efecto palomitas de maíz" por el cual las partículas más gruesas se elevan más alto y las partículas más finas permanecen más cerca de la criba, lo que aumenta la probabilidad de separación. En algunas cribas vibratorias de alta frecuencia, el caudal de la alimentación se puede controlar, esto es proporcional al "efecto palomitas de maíz"; si el caudal disminuye, el efecto también disminuye. Las limitaciones de la criba vibratoria de alta frecuencia son que las cribas finas son muy frágiles y son susceptibles de bloquearse muy fácilmente. Con el tiempo, la eficiencia de separación disminuirá y será necesario reemplazar la criba. [5]
Una alternativa a las cribas vibratorias de alta frecuencia es el tamiz rotatorio. Un tamiz rotatorio utiliza una criba que gira en un movimiento circular y las partículas más finas se tamizan a través de las aberturas. También se utiliza generalmente para separaciones más finas; entre 12 mm y 45 μm de tamaño de partícula. El tamiz rotatorio generalmente se elegirá en función de la naturaleza de la sustancia que se separa; suero, mezcla de pan con levadura, queso en polvo, fertilizantes. El tamiz rotatorio suele preferirse en la industria no metalúrgica y funciona de manera que se logre un entorno libre de polvo y ruido. La limitación del tamiz rotatorio es que no puede manejar una alta capacidad en comparación con la criba vibratoria de alta frecuencia. Sin embargo, ambos equipos logran una alta eficiencia de cribado. [6]
El diseño convencional y general de una criba vibratoria de alta frecuencia consta de un bastidor principal, una banda de criba, un bloque excéntrico, un motor eléctrico, un resorte de fricción y un acoplador. [7] Los dos tipos más comunes de vibradores que inducen vibraciones de alta frecuencia son los vibradores hidráulicos o eléctricos, [8] estos vibradores eléctricos son motores eléctricos o solenoides. [6] Los diseños comunes para las plataformas de cribado son de una o dos plataformas. Además, otra característica de las cribas vibratorias de alta frecuencia son las placas laterales estáticas que brindan beneficios como una estructura de soporte más pequeña, menos ruido, mayor vida útil y, por lo tanto, menos mantenimiento. En la industria, las cribas se operan en un ángulo inclinado de hasta 40 º. Las características de alta frecuencia (1500 – 7200 rpm) y baja amplitud (1,2 – 2,0 mm) conducen al movimiento elíptico vertical que transporta rápidamente partículas de gran tamaño por la criba. [9] Al crear un lecho delgado de partículas, esto mejora la eficiencia y la capacidad de la criba.
Las cribas estacionarias se utilizan normalmente en plantas y no se trasladan de un lugar a otro. En la industria de procesamiento de minerales, el equipo a menudo tiene que trasladarse a diferentes sitios según los trabajos que realiza una empresa. Por lo tanto, las cribas móviles son otro diseño viable para las empresas que tienen que trasladar su equipo a menudo. Entre ellas se incluyen las plantas montadas sobre ruedas y sobre orugas que permiten un fácil transporte y movimiento de las cribas. Los diseños típicos de cribas móviles se muestran en los diagramas de la derecha.
El rendimiento del cribado se ve afectado significativamente por varios factores, como la capacidad del equipo y el ángulo de inclinación, en los que el rendimiento se puede medir por la eficiencia del cribado y el flujo del producto. [5]
El flujo se define como la cantidad de un componente deseado (material de tamaño inferior) que se ha transportado a través del medio de cribado desde la alimentación por tiempo por unidad de área. [12] La eficiencia del cribado se expresa como la relación entre la cantidad de material que realmente pasa a través de la abertura, dividida por la cantidad en la alimentación que teóricamente debería pasar. Se considera que un cribado comercialmente perfecto tiene una eficiencia del 95% [6] si el proceso se opera con la concentración de alimentación y el tamaño de partículas adecuados. En general, una diferencia de tamaño de partícula adecuada entre el tamizado y la alimentación no debe ser superior al 30%. [5] Una alta eficiencia de cribado puede reducir el contenido de ganancia calificada en la carga y el cribado cíclicos y, por lo tanto, aumentar la capacidad de procesamiento del molino.
La capacidad del equipo es casi directamente proporcional al ancho de la pantalla. Esto significa que al aumentar la longitud, habrá más posibilidades de paso y, por lo general, aumentará la transmisión y la eficiencia. En general, el tamaño estándar de la longitud de la pantalla debe ser dos o tres veces el ancho. [5] Sin embargo, ciertas situaciones especiales, como el espacio restringido, pueden requerir un diseño diferente.
El ángulo de inclinación se puede diseñar en función del grano mineral deseado. Por ejemplo, el ángulo de tamizado húmedo es generalmente de alrededor de 25 ± 2° para el concentrador. Aumentar la pendiente de una pantalla reducirá efectivamente la apertura por el coseno del ángulo de inclinación. [5] Al mismo tiempo, los materiales también se mueven a través de la pantalla más rápido, lo que conduce a una estratificación más rápida. [5] [6] Sin embargo, el rendimiento tiende a disminuir después de cierto punto ya que la pendiente de la plataforma es demasiado alta y la mayoría de las partículas permanecerán en la corriente de gran tamaño en lugar de pasar a través de la apertura, por lo tanto, se produce un flujo menor.
La siguiente tabla presenta la relación entre el ángulo inclinado con el flujo del producto deseado y la eficiencia.
El propósito de la criba vibratoria es que las partículas se introduzcan en los huecos de las cribas repetidamente. La frecuencia de la criba debe ser lo suficientemente alta para evitar que las partículas bloqueen las aberturas y la altura máxima de la trayectoria de las partículas debe ocurrir cuando la superficie de la criba esté en su punto más bajo. Según el principio, existe una frecuencia y amplitud óptimas de vibración [5].
La transmisión se refiere a la fracción de partículas deseadas que pasan a través de las aberturas de la criba. A baja frecuencia, la eficiencia de cribado es alta, pero el cegamiento es severo. El cegamiento disminuirá a medida que aumenta la frecuencia, pero las partículas tendrán dificultad para pasar a través de las aberturas. Al diseñar una criba vibratoria de alta frecuencia, se debe elegir un punto óptimo de frecuencia y amplitud, [5] dependiendo de las aplicaciones específicas.
La eficiencia de separación es simplemente una medida de la cantidad de material eliminado por la criba en comparación con la cantidad teórica que debería haberse eliminado. La eficiencia de la criba se puede obtener utilizando diferentes ecuaciones, que dependen de si el producto deseado es la fracción de tamaño superior o inferior a la del tamiz.
La eficiencia de la pantalla en función del sobredimensionamiento (E o ) viene dada por:
La eficiencia de la pantalla en función del tamaño inferior (E u ) se expresa entonces mediante:
donde Q ms (o) es el caudal másico de sólido en el rebosadero de la pantalla, Q ms (f) es el caudal másico de sólido de alimentación, Q ms (u) es el caudal másico de sólido en el rebosadero de la pantalla, M u (o) es la fracción de masa de tamaño inferior en el rebosadero,
M u (f) es la fracción de masa de tamaño inferior en la alimentación, M u (u) es la fracción de masa de tamaño inferior en el rebosadero. [6]
La eficiencia global (E) viene dada por:
En el proceso de clasificación de minerales a menudo hay reglas generales que deben seguirse para lograr la máxima eficiencia en la separación.
La selección del tipo de tamiz se basará en los materiales que se utilizarán para procesar el equipo. Un problema importante ocurre con los tamices porque si el tamiz no es adecuado para el material que se alimenta al tamiz, los materiales obstruirán las aberturas y será necesario un mantenimiento regular. Se han desarrollado diferentes tipos de tamices para contrarrestar este problema. Un ejemplo es el alambre "autolimpiante"; estos alambres pueden vibrar libremente y, por lo tanto, la resistencia al obturamiento aumentará. Las partículas se desprenderán de los alambres y las aberturas. Sin embargo, habrá una compensación con la eficiencia del tamizado. [6]
Las cribas vibratorias de alta frecuencia se utilizan a menudo como cribas secundarias, ya que su finalidad es separar los minerales más finos. Esto no solo garantiza una buena eficiencia de separación, sino que también ayuda a mantener la vida útil de la criba. Se puede producir un cegado significativo si los tamaños de las partículas no se encuentran dentro de los criterios de diseño de las cribas. [5]
Otro problema que se encuentra a menudo es que las partículas se aglutinan debido a la humedad. Esta aglutinación dará como resultado un aumento no deseado en el tamaño efectivo de las partículas, con el resultado de que las partículas aglutinadas no pueden pasar a través de las aberturas hacia la corriente de producto. Se recomienda que el tamizado con un tamaño de abertura inferior a unos 5 mm se realice normalmente en materiales perfectamente secos. [6] Se puede utilizar una plataforma de tamizado calentada para evaporar la humedad en el material de alimentación. También romperá la tensión superficial entre el alambre de la pantalla y las partículas. Una alternativa es pasar el material de alimentación a través de un secador antes de entrar en la pantalla vibratoria de alta frecuencia.
Las cribas vibratorias de alta frecuencia se utilizan ampliamente en muchos procesos industriales, por lo que se liberan grandes cantidades de desechos al medio ambiente. Es importante que estos flujos de desechos se traten, ya que los desechos sin tratar causarán daños al medio ambiente durante un período prolongado.
Un sistema de postratamiento establecido es el procesamiento de clasificación. En este sistema, los flujos de desechos se separan en diferentes tipos de materiales de desecho. Los tipos de materiales de desecho se clasifican en materiales reciclables, materiales peligrosos, materiales orgánicos, materiales inorgánicos. Generalmente, los materiales de desecho se separan mediante separación mecánica y separación manual. [13] [14] Las separaciones mecánicas se utilizan para separar metales y otros materiales que pueden ser dañinos para el medio ambiente, y también para preparar el flujo de desechos para separaciones manuales. La separación manual tiene dos tipos de clasificación que son la clasificación positiva y la clasificación negativa. [13] [14] La clasificación positiva recoge residuos reutilizables como materiales reciclables y orgánicos, mientras que la clasificación negativa recoge residuos inutilizables como materiales peligrosos e inorgánicos. Después de este proceso de separación, los materiales reciclables se transfieren para su reutilización. Los desechos orgánicos a menudo se tratan mediante procesos químicos (por ejemplo, combustión, pirólisis, etc.) o tratamiento biológico (descomposición microbiana). [13] [14] Los productos obtenidos a partir de estos materiales orgánicos de desecho están en forma de combustible derivado de residuos. El CDR se puede utilizar de muchas maneras para generar electricidad o incluso se puede utilizar junto con fuentes tradicionales de combustible en centrales eléctricas de carbón. El resto de los residuos inorgánicos peligrosos y no deseados se transfieren a vertederos para su eliminación. Estos procesos de postratamiento son cruciales para preservar el medio ambiente.
La investigación sobre las pantallas de alta frecuencia ha dado lugar a nuevos desarrollos en este campo que mejoran el funcionamiento y el rendimiento del equipo. Estos nuevos desarrollos incluyen el apilamiento de hasta 5 pisos de pantalla individuales colocados uno sobre el otro y que funcionan en paralelo. Un sistema divisor divide la pulpa de alimentación en cada pantalla Stack Sizer y, a continuación, en cada piso de pantalla de la máquina. Cada piso de pantalla tiene una bandeja de recogida de tamaño inferior y de tamaño superior que irán respectivamente a su salida común. El apilamiento de las máquinas permite así una mayor producción utilizando menos espacio. [15] Otro nuevo desarrollo es la fabricación de superficies de pantalla de uretano Polyweb que tienen aberturas de hasta 45 μm y áreas abiertas de entre el 35% y el 45%. Esto hace que la pantalla pueda separar partículas más finas. Las pantallas se pueden utilizar tanto para aplicaciones húmedas como secas y la formulación de uretano sigue siendo un proceso en curso. Por tanto, todavía se está invirtiendo en investigación y desarrollo en equipos de cribado de alta frecuencia para mejorar la eficiencia general de separación y también para reducir los costes. [16]
Para optimizar aún más el rendimiento de los equipos de vibración de alta frecuencia, se está desarrollando un vibrador hidráulico de "velocidad variable" que se utiliza para accionar las plataformas de cribado. Utiliza la fuerza hidráulica del fluido que luego se puede convertir en potencia rotatoria para generar vibración de alta frecuencia. [17] Esta modificación permite que el equipo funcione en un rango de frecuencia más alto, hasta 8200 RPM, en comparación con los vibradores eléctricos convencionales. También se utilizan motores vibradores eléctricos especiales que tienen una frecuencia variable que va de 3000 a 9000 rpm y han demostrado ser más eficientes y sin problemas con menos mantenimiento. Además de eso, la vibración inducida también crea una condición excelente para separar partículas más finas y mejora la probabilidad de contacto de los materiales. Otra variación que se podría aplicar al equipo es el "sistema de tensión rotatoria", que ayuda a proporcionar un cambio más rápido del medio de cribado. [10] Por lo tanto, se pueden lograr múltiples aplicaciones con un solo equipo, ya que se pueden tratar diferentes tamaños de material de alimentación reemplazando las cribas en un tiempo de inactividad muy pequeño. Por lo tanto, mejora los beneficios económicos de las plantas. Un cambio importante es la plataforma de múltiples pendientes en la criba de alta frecuencia, lo que la hace más eficiente con un rendimiento y una eficiencia incrementales en la misma área de cribado.
Vibración BFEM
![{\displaystyle E_{o}={\frac {Q_{ms}(o)\;[1-M_{u}(o)]}{Q_{ms}(f)\;[1-M_{u}(f)]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/097847e66e50f71308dcc6ca66d45bd4784dbf36)
