Rendimiento de los molinos de molienda: estrategias para la reducción del consumo de energía

A medida que los yacimientos minerales se vuelven más complejos y los objetivos de molienda más exigentes, la selección del molino, el tamaño de los medios de molienda y el diseño del circuito determinan si un circuito de remolienda genera una recuperación económicamente viable o desperdicia energía en ganancias marginales de liberación.

Este artículo analiza las decisiones que reducen el consumo energético (kWh/t) en aplicaciones de remolienda y molienda ultrafina: cómo se comparan los molinos agitados con los molinos convencionales de tambor a tamaños de producto más finos, por qué la selección de los medios de molienda tiene un impacto mayor del que la mayoría de las operaciones espera y cómo las configuraciones de circuito, como las combinaciones de HPGR y molinos agitados, están redefiniendo los estándares de eficiencia energética.

Por qué la intensidad energética define la economía de la molienda fina

La conminución representa una parte significativa del consumo energético de una operación minera, y este consumo aumenta considerablemente a medida que los objetivos de molienda se vuelven más finos. Cada etapa adicional de reducción de tamaño requiere más energía por tonelada, ya que los planos naturales de fractura que facilitan la trituración gruesa se van agotando progresivamente. Por debajo de aproximadamente 30 micras, la fragmentación puede requerir incluso la fractura de la propia red cristalina del mineral, lo que demanda niveles mucho más altos de energía localizada.

Los molinos convencionales de tambor no están diseñados para este tipo de aplicación: el tamaño de los medios de molienda suele ser demasiado grande para lograr una molienda más fina, y las amplias zonas muertas dentro del molino hacen que gran parte de la potencia instalada no realice trabajo útil.

El cambio de los molinos convencionales a los molinos agitados

Un molino agitado utiliza agitadores internos rotativos para mantener en movimiento medios de molienda finos dentro de una carcasa estacionaria. La reducción de tamaño se produce mediante atrición e impacto de alta intensidad entre los medios de molienda, en lugar de la cascada impulsada por la gravedad de la que dependen los molinos de bolas. Los molinos agitados emplean medios de molienda más pequeños (normalmente de 2 a 6 mm, frente a los 12 a 100 mm habituales en aplicaciones con molinos convencionales), lo que genera más eventos de fractura por unidad de volumen y una distribución granulométrica más uniforme. La energía que en un molino convencional se pierde en forma de ruido, calor y movimiento ineficiente de los medios de molienda se concentra en la zona donde ocurre la molienda.

La configuración horizontal aporta beneficios adicionales. El IsaMill, por ejemplo, hace pasar la pulpa a través de una serie de cámaras agitadas separadas por discos de molienda. El material debe atravesar cada cámara de forma secuencial antes de salir del molino, eliminando los cortocircuitos de flujo y produciendo una distribución de tamaño de partícula más estrecha que la que pueden lograr los molinos convencionales operando en circuito abierto.

Selección de medios de molienda e intensidad de esfuerzo en la molienda ultrafina

La selección de los medios de molienda es donde se gana o se pierde la mayor parte de la eficiencia. La energía transferida a una partícula en un único evento de molienda es proporcional a la intensidad de esfuerzo:

Intensidad de esfuerzo ∝ d³ × v² × SG

(donde d es el diámetro del medio de molienda, v es su velocidad y SG es su gravedad específica o densidad relativa).

La relación cúbica con el diámetro es el aspecto más importante. Pasar de medios de molienda de 3 mm a 6 mm incrementa la intensidad de esfuerzo en un factor de ocho. Medios demasiado pequeños en una aplicación de molienda gruesa provocan acumulación de carga, comportamiento inestable del molino y una caída significativa en el consumo de potencia, ya que los medios no pueden suministrar suficiente energía para fracturar las partículas más gruesas de la alimentación. Por el contrario, medios demasiado grandes en una aplicación de molienda fina desperdician energía en procesos de atrición que ya no generan fractura efectiva y aceleran el desgaste. Ajustar el tamaño de los medios de molienda al tamaño máximo de alimentación y al tamaño objetivo del producto es la decisión de diseño más importante. La densidad tiene un efecto menor que el diámetro: medios con una gravedad específica de 4,5, comparados con el rango estándar de 3,7 a 3,8, resultaron ser aproximadamente un 20% menos eficientes.

Los medios cerámicos son el estándar en aplicaciones con molinos agitados. A diferencia de los medios utilizados en molinos de bolas (normalmente de acero), son inertes, lo que evita la contaminación por hierro de la superficie mineral y la consiguiente reducción de la recuperación en los procesos posteriores de flotación. Actualmente existen medios cerámicos de hasta 24 mm de diámetro, lo que permite abordar aplicaciones más gruesas que anteriormente estaban reservadas para los molinos convencionales.

Reducción de kWh/t mediante el diseño del circuito

El diseño del circuito es el segundo gran factor para mejorar la eficiencia energética. El diagrama de proceso HPGR-molino agitado sustituye el circuito convencional de conminución SAG/molino de bolas por una prensa de rodillos de alta presión (HPGR) seguida de un molino agitado de molienda húmeda. Los trabajos piloto han demostrado reducciones en el consumo específico de energía de entre un 9,2% y un 16,7% en comparación con configuraciones HPGR/molino de bolas y trituradora de cono/molino de bolas, considerando el circuito completo.

En aplicaciones de remolienda directa, la diferencia es aún mayor. Un estudio de sustitución de molino de bolas realizado en 2011 comparó un molino de bolas de remolienda con un IsaMill procesando la misma alimentación, produciendo ambos un P80 de 32 micras a partir de una alimentación con F80 de 100 micras. El molino de bolas requirió 24 kWh/t, mientras que el IsaMill necesitó solo 17 kWh/t. Esto representa una reducción del 29% para lograr el mismo resultado metalúrgico.

Las pruebas de molienda secundaria realizadas en la operación Stall Mill de Hudbay, en Manitoba, utilizando medios cerámicos de 8 mm y 10 mm, demostraron reducciones superiores al 50% en comparación con los molinos convencionales.

Los efectos aguas abajo refuerzan aún más estos beneficios. Distribuciones granulométricas más estrechas mejoran la cinética de flotación en equipos como la Celda Jameson, mientras que los medios cerámicos inertes evitan la contaminación superficial que generan los medios de acero. Como resultado, los ahorros energéticos obtenidos en la molienda también se traducen en mejoras de recuperación en etapas posteriores del diagrama de proceso.

Molienda de gruesos a finos: dónde opera actualmente el IsaMill

Los molinos agitados ya no están limitados a aplicaciones de molienda ultrafina. A medida que los medios cerámicos han estado disponibles en tamaños mayores (hasta 14 mm a escala industrial y actualmente hasta 16 mm), su rango operativo se ha ampliado significativamente. Más de 50 instalaciones de IsaMill operan hoy con una alimentación F80 superior a 100 micras, representando más de 129 MW de potencia instalada.

Entre las aplicaciones con las alimentaciones más gruesas se encuentran la remolienda de magnetita en Ernest Henry, Australia (F80 de aproximadamente 350 a 400 micras), la remolienda de cobre tipo pórfido en Las Bambas, Sudamérica (F80 de aproximadamente 300 micras), y la remolienda de cobre en Bozshakol, Kazajistán (F80 de alrededor de 300 micras).

Estas aplicaciones abarcan una amplia variedad de minerales, incluidos cobre, plomo-zinc, molibdeno, estaño, metales del grupo del platino (PGMs) y oro.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre un molino de bolas y un molino agitado?

Un molino de bolas utiliza medios de molienda de acero de gran tamaño (20 a 100 mm) que caen en cascada dentro de una carcasa rotativa. Un molino agitado emplea agitadores internos rotativos para mantener en movimiento medios de molienda finos (2 a 16 mm) dentro de una carcasa estacionaria. Los molinos de bolas funcionan eficazmente por encima de aproximadamente 75 micras. Por debajo de ese tamaño, los molinos agitados son considerablemente más eficientes energéticamente.

¿Cómo afecta el tamaño de los medios de molienda a la eficiencia?

El tamaño de los medios de molienda tiene una relación cúbica con la intensidad de esfuerzo, es decir, la energía transferida en cada evento de molienda. Duplicar el diámetro de 3 mm a 6 mm multiplica la intensidad de esfuerzo por ocho. Los medios demasiado pequeños no pueden fracturar las partículas más gruesas de la alimentación y provocan acumulación de carga. Los medios demasiado grandes desperdician energía y aceleran el desgaste.

¿Para qué se utiliza la molienda ultrafina?

La molienda ultrafina produce tamaños de partícula inferiores a 10 micras, muy por debajo de lo que los molinos convencionales pueden alcanzar de forma económicamente viable. Se utiliza para liberar minerales finamente diseminados, como oro encapsulado en pirita, para remoler concentrados de flotación y para preparar materiales destinados a procesos de lixiviación química. En el tratamiento de oro refractario de KCGM, la molienda hasta un P80 de 10 micras permitió aumentar la recuperación del 75% al 92%.

¿Los medios cerámicos superan a los medios de acero en aplicaciones de molienda?

Para aplicaciones de molinos agitados y tamaños de molienda finos, sí. Los medios cerámicos son químicamente inertes y no introducen hierro que pueda contaminar las superficies minerales y reducir la recuperación por flotación. Además, presentan un desgaste predecible y actualmente están disponibles en tamaños de hasta 24 mm. Para aplicaciones de molienda gruesa en molinos convencionales por encima de 75 micras, los medios de acero o de alto cromo siguen siendo el estándar.

¿Cómo se estiman los requerimientos energéticos para un nuevo circuito de molienda?

El método estándar es elaborar una curva de firma energética (signature plot), mediante ensayos de laboratorio que relacionan el consumo específico de energía (kWh/t) con el tamaño del producto obtenido. En los molinos agitados, estas curvas pueden escalarse directamente en una relación 1:1 a escala industrial, eliminando una importante fuente de riesgo de diseño. También se recomienda complementar el análisis con pruebas de selección de medios de molienda y evaluaciones mineralógicas. La calculadora IsaMill proporciona un punto de partida útil.

Diseñando su próximo circuito de molienda para una menor intensidad energética

La economía de la molienda fina y ultrafina se define en las primeras etapas del diseño. La granulometría de alimentación, la selección de los medios de molienda, la configuración del circuito y la elección del equipo de molienda influyen en la energía específica necesaria para alcanzar un determinado P80 del producto, y los efectos de estas decisiones son acumulativos. Seleccionar correctamente el tamaño de los medios de molienda puede generar mayores ahorros energéticos que cualquier optimización posterior. Elegir un molino agitado en lugar de un molino convencional para el tamaño de molienda adecuado puede proporcionar reducciones del consumo específico de energía del 29% o más. Asimismo, una configuración HPGR–molino agitado puede superar a los circuitos convencionales de conminución con mejoras energéticas de entre el 9% y el 17%.

Los ensayos mediante curvas de firma energética (signature plots) continúan siendo el método más fiable para convertir la experiencia operativa en un diseño sólido y técnicamente fundamentado.

Si está evaluando una actualización de su circuito de remolienda, el desarrollo de un nuevo circuito de molienda ultrafina o una configuración HPGR–molino agitado, nuestro equipo puede ayudarle con ensayos de curvas de firma energética, selección de medios de molienda y diseño de circuitos. Consulte nuestros artículos técnicos publicados para conocer estudios de caso o póngase en contacto con nuestro equipo para analizar su operación.