DUREZA E INDICE DE MULTURABILIDAD

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1 2015 DUREZA E INDICE DE MULTURABILIDAD INGRID TATIANA ROJAS RODRIGUEZ CODIGO: TRABAJO DE HIDROMETALURGÍA

2 DUREZA E ÍNDICE DE MOLTURABILIDAD 1. DUREZA: La dureza es una propiedad que se ha usado para la identificación de los cristales; Tanto en el campo de la mineralogía como en el de la metalurgia, la medida de esta propiedad suministra información sobre las fases cristalinas presentes en un sistema. La dureza es una propiedad fundamental de un material cuyo significado varía de acuerdo al método de medida, el cual esta relacionado con la resistencia mecánica. La dureza se define como la resistencia que presenta una superficie a la penetración o a la formación de huellas, por un penetrador en condiciones normalizadas. Existen diferentes mecanismos para realizar este proceso de rayado, lo que provoca el que los resultados de la medida de la dureza dependen del método como se realice en ensayo. 1.2 METODOS DE MEDIR DUREZAS: MOHS Comparación de la dureza por rayado con una escala de materiales de diez grados. BREITHAUPT Comparación de la dureza por rayado con una escala de materiales de doce grados. POVARENNYKH Comparación de la dureza por rayado con una escala de materiales de 15 grados. SEEBECK Raya producida con una punta de diamante con una carga definida siendo la dureza medida por la profundidad de la huella. Mediante una escala de dureza de siete materiales obtenida a partir de la carga necesaria para TALMAGE producir mediante una punta de diamante una raya de profundidad. SHORE Pieza móvil dejada caer sobre el material midiendo la dureza a partir de la altura del rebote. ROSIWAL Dureza medida por la pérdida de peso del material tras una abrasión realizada en unas condiciones normalizadas. WOODDEL Escala de 43 grados definida a partir de la escala de MOHS y de ensayos normalizados de abrasión. PLENDL Dureza medida por la energía cristalina determinada por medios indirectos.

3 1.2.1 ESCALA DE MOHS: La escala de Mohs es una relación de diez materiales ordenados en función de su dureza, de menor a mayor. Se utiliza como referencia de la dureza de una sustancia. Fue propuesta por el geólogo alemán Friedrich Mohs en 1825 y se basa en el principio que una sustancia dura puede rayar a una sustancia más blanda, pero no es posible lo contrario. Mohs eligió diez minerales a los que atribuyó un determinado grado de dureza en su escala empezando con el talco, que recibió el número 1, y terminando con el diamante, al que asignó el número 10. Cada mineral raya a los que tienen un número inferior a él, y es rayado por los que tienen un número igual o mayor al suyo. ESCALA DE MOHS DUREZA DE LOS MINERALES Dureza Mineral Equivalente diario 10 Diamante diamante sintético 9 Corindón 8 Topacio 7 Cuarzo 6 Ortoclasa/Feldespato 5 Apatito 4 Fluorita 3 Calcita 2 Yeso 1 Talco rubí papel abrasivo cuchillo de acero cortaplumas vidrio clavo de hierro moneda de bronce uña del dedo polvos de talco PROCEDIMIENTO ESCALA DE MOHS: 1. Pueden utilizarse minerales con dureza conocida para determinar la dureza de cualquier otro mineral. Un mineral de una cierta dureza rallará a otro mineral de dureza inferior. Esta prueba puede hacerse con la uña del dedo (2), la cual puede rallar un mineral de talco (1), o con un vidrio roto (5) puede rallarse un mineral de calcita (3) o fluorita (4).

4 2. Para aplicar la escala de dureza, debe intentarse rallar la superficie de una muestra del mineral desconocido con una muestra de un mineral de dureza conocida que se encuentra en la escala (estas son muestras conocidas). 3. Si la muestra desconocida no se puede rallar con un trozo de calcita (3) pero si que se puede rallar con un trozo de fluorita (4), entonces su dureza esta entre 3 y 4. Un ejemplo de minerales con una dureza entre 3 y 4 son barita, celestina y cerusita (3 a 3.5). Se podría utilizar este test para distinguir entre calcita y barita o barita y fluorita. 4. Es recomendable tener cierto cuidado con los minerales a ensayar, pues en ellos pueden dañarse su aspecto y perder valor si no son rallados con propiedad. Cuando se encuentra un mineral en el campo, rara vez se dispone de 10 minerales para efectuar el test de dureza. Por el contrario, puede obtenerse una aproximación bastante buena usando simplemente: La uña del dedo (H = 2.5). Una moneda de cobre (H = 3). Una punta de acero, por ejemplo una punta de cuchillo, un clavo etc. (H = 5). Un fragmento de vidrio (H = 5.5) DURÓMETRO Un durómetro es un aparato que mide la dureza de los materiales, existiendo varios procedimientos para efectuar esta medición. Los más utilizados son los de Rockwell, Brinell, Vickers y Microvickers. Se aplica una fuerza normalizada sobre un elemento penetrador, también normalizado, que produce una huella sobre el material. En función del grado de profundidad o tamaño de la huella, obtendremos la dureza. Dentro de cada uno de estos procedimientos, hay diversas combinaciones de cargas y penetradores, que se utilizarán dependiendo de la muestra a ensayar METODOS DE DUREZA POR PENETRACION: ROCKWELL Escala A, C Y D. Deformación producida por un penetrador cónico de diamante, midiéndose la profundidad de la huella.

5 BERKOVIICH SMITH SANDLAND KNOOP GAHM DOMENECH Y Escala B, F Y G. Deformación producida por un penetrador esférico de acero de 1/16, midiéndose su profundidad. Deformación producida por un penetrador de diamante piramidal trigonal, midiéndose la superficie de la huella. Huella producida por un penetrador, Vickers, cuya forma es una pirámide tetragonal midiéndose la dureza a partir de la superficie de la huella. Deformación producida por un penetrador de diamante de forma piramidal rómbica, midiéndose la superficie de la huella. Medida de la dureza a partir de la variación de las dimensiones de las huellas producidas con el penetrador Vickers mediante ensayos a distintas cargas. Medida de la dureza a partir de las dimensiones de la huella de fuerza unidad deducida a partir de ensayos a distintas cargas. AUERBACH Deformación producida por un penetrador semiesférico midiéndose la superficie de la huella. BRINELL MEYER Deformación producida mediante un penetrador esférico de acero midiéndose la superficie de la huella. Deformación producida por el penetrador Brinell midiéndose la superficie proyectada de la huella MÉTODO DE MEYER: Antes de realizar la penetración, se mide el espesor de cada lámina y se asegura de que esta no afectara la superficie opuesta. Para una lámina de determinado material se toma de 4 a 6 penetraciones a diferentes cargas, manteniendo siempre una distancia mínima de 3 veces el diámetro del penetrador.

6 Una vez obtenidas las huellas en la lámina, se lleva al microscopio para medir el tamaño de estas. Se toma una medida horizontal y otra vertical para obtener el promedio de estas dos. 1.3 Influencia de la característica: La dureza de un mineral proporciona la información necesaria para el En el campo de la joyería, los joyeros utilizan lápices especiales que contienen puntas de los minerales de la escala antes mencionada, con el fin de verificar si es una gema auténtica o en su defecto una genuina imitación. Aplicación de la dureza de rocas para determinar el diseño y la explotación adecuada en un campo minero. 2. INDICE DE MOLTURABILIDAD El proceso de molienda consiste en la reducción de los materiales ya triturados a polvo, y su objetivo es el aumento de la superficie específica del material, este proceso se realiza con dos fines: para poder mezclar íntimamente diferentes materias primas y llegar a un producto con una composición y para poder combinar químicamente las materias primas con un mínimo de energía térmica. El fin de la teoría de la molturación es definir una relación que, de una forma numérica, describa la reducción de tamaño de las partículas y el consumo de energía. Hay numerosas relaciones que intentan relacionar las dos variables anteriores, y se las conoce como leyes de la molturación. 2.1 PRIMERA LEY DE LA MOLTURACIÓN O LEY DE VON RITTINGER: En 1867 Von Rittinger postuló su teoría conocida como teoría superficial de desmenuzamiento que establece que la energía suministrada de forma eficaz durante la molturación o desmenuzamiento sería proporcional a la nueva superficie producida durante dicha operación. Consideremos una partícula caracterizada por una de sus dimensiones, (Figura 1). Su volumen y superficie serán: Volumen= Superficie= Figura 1. Desmenuzamiento de la partícula

7 Realizando una serie de cálculos teniendo en cuenta la densidad del material, superficie total del producto, la nueva superficie, energía consumida por unidad de volumen, relación de reducción, se obtiene la caracterización de la ley de Rittinger por la relación: 2.2 SEGUNDA LEY DE MOLTURACIÓN O LEY DE KICK: Según esta ley se necesita la misma cantidad de energía para desmenuzar un material desde 1 cm hasta 0.5 cm, que desde 10 micras hasta 5 micras, etc., por tanto, el trabajo absorbido depende solamente de la relación de reducción y es independiente de la dimensión de partida D. Así, el desmenuzamiento de una partícula gruesa necesita la misma energía que una más pequeña, por tanto la energía puesta en juego por unidad de volumen es constante. Figura 2. Desmenuzamiento de la partícula La ley de Kick se puede caracterizar por la relación:

8 2.3 TERCERA LEY DE LA MOLTURACIÓN O LEY DE BOND: F.C. Bond supone que la energía requerida para el desmenuzamiento es intermedia entre las dadas por las fórmulas de Rittinger y de Kick. Propuso su ley en 1951 y supone que la energía abastecida es proporcional a la longitud de las nuevas grietas producidas. Para partículas de la misma forma, la energía abastecida es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del tamaño promedio de las partículas. La ley, deducida de forma empírica, es Tabla 3. Determinación índice de trabajo

9 2.4 CUARTA LEY DE MOLTURACION: Las tres leyes de molturación se pueden resumir en una sola expresión, formulada por Charles, Holmes, Svensson y Munkes en En esta expresión se ha introducido otra constante en la relación exponencial entre la energía y la molturación. Esta expresión es la cuarta ley de la molturación y viene expresada por: Integrando: El diagrama de la figura 3 muestra una comparación entre las tres teorías de la molturación. La abscisa muestra el tamaño del producto y la ordenada el consumo específico de energía para molturar una alimentación de partículas de 1 m en diámetro a la finura indicada en la abscisa. Como base para los tres métodos de cálculo se supone un consumo específico de 10 para molturar una alimentación de partículas de 1 m a un producto de 100 micras. Figura 3. Comparación de los tres métodos

10 2.5 PROCEDIMIENTO UTILIZADO EN LA UIS PARA MEDIR EL INDICE DE MONLTURABILIDAD: Bajo el método de Bond 1. Tomar una muestra de 5 Kg. de mineral, producto del circuito cerrado de trituración de la cual se conoce su respectivo análisis granulométrico. 2. Pesar 500 g. de mineral para cada experiencia y efectuar las siguientes moliendas: 2.1 Tiempo de molienda = 25 minutos 2.2 porcentaje de solidos = % 3. Los productos de cada molienda se deben recoger, sedimentar, secar y analizar granulométricamente. 2.6 INFLUENCIA DE LA CARACTERISTICA Índice de Bond, distribución del oro por fracciones granulométricas, grado de lixiviabilidad y la distribución del oro en diferentes matrices. Este parámetro determina el consumo energético y posteriormente emplearlo en el dimensionamiento de los equipos de conminución necesarios para el montaje de la planta. Por otra parte, Mineral predominante en la mena, basándose en las referencias de los índices de bond para minerales puros. diagnóstico energético en el proceso de molienda 3. BIBLIOGRAFÍA DIAGNÓSTICO ENERGÉTICO EN EL PROCESO DE MOLIENDA DE LA LATERITA. Autor: Reynaldo Laborde Brown. Instituto Superior Minero Metalúrgico. PROPIEDADES DE LAS ROCAS. Autor: Dr. Ing. Roberto Watson Quesada. Instituto Minero metalúrgico de MOA, Cuba. MANUAL TECNÓLOGICO DEL CEMENTO Escrito por Walter H. Duda. Barcelona. ESTUDIOS SOBRE EL INDICE DE MOLTURABILIDAD. Autores: Wilfredo Mandujano, Juan Prado y Pedro Oporto. Asociación de productores de cemento.