Los revestimientos hacen mucho más que sólo proteger la carcasa de un molino,… con la investigación actual que apunta a optimizar el diseño del revestimiento y reducir los costos de la molienda
Por Simon Walker, Editor en Europa
Apenas se introdujeron los molinos de bola, molinos tubulares y molinos de barras en el procesamiento minerales a fines del siglo XIX, fue posible determinar que una operación continua con alimentación abrasiva conduce a la erosión del casco del molino. Los primeros diseños de revestimiento eran burdos, por decir lo menos. Paneles individuales eran afirmados por cuñas de madera o metal y, como era de esperar, los revestimientos de los molinos de esta era requerían de frecuente mantención y reemplazo.
Una perspectiva fascinante en la práctica histórica apareció en un trabajo presentado a la Sociedad Química, Metalúrgica y Minera de Sud África en 1907. El autor, Ralph Stokes, describió los revestimientos que se usaban en ese entonces en las minas de oro de Waihi en Nueva Zelanda, donde el mineral primero era fracturado por molinos de mazos, con posterior molienda usando molinos tubulares. La dureza del mineral, explicaba Stokes en su presentación, hizo estragos en los revestimientos al cargar los molinos con 5½ toneladas de pedernales como el medio de molienda.
Como fueron entregados dos años antes, los molinos estaba diseñados para ser revestidos usando sílex recortado rectangular o bloques de piedras. Sin embargo, la mina había tenido problemas para abastecerse del material localmente, y el superintendente general de la faena, H. P. Barry, había inventado un sistema de reemplazo que permitía el uso de fragmentos irregulares de roca.
Los revestimientos “hechos-en-casa” constaban de bastidores de hierro fundido, de 18½” de alto, 15½” de ancho y 3½” de profundidad, divididos en cuatro o seis compartimientos en los cuales se podía estratificar pedazos de cuarcita usando un mortero en base a cemento reforzado con fragmentos de pedernal de los molinos. Entre las ventajas de este sistema estaba la velocidad con que se podía reemplazar cada sección cuando se desgastara o si una sección se caía durante la operación. Sin embargo, el costo de los revestimientos era significativo, dijo Stokes, refiriéndose a los costos de funcionamiento de los molinos a 1s 2d por tonelada de arena, con pedernales y revestimientos dando cuenta de la mitad de esto. Del resto presumiblemente se encargó la entrada de energía para girar el molino. Por mero interés, ese costo de molienda se convierte al equivalente de US$7,20 por tonelada en dólares de Mayo del 2010.
Volviendo rápidamente al presente, y en una ponencia presentada en la conferencia Comminition 2010 en Ciudad del Cabo en Abril, Johan Dahner y Alfred van den Bosch de Magotteaux informaron sobre sus impresiones de la división entre energía, medios de molienda y revestimientos en operaciones con molienda de bolas tanto primaria como secundaria. Cuando se usa un diseño de revestimiento optimizado, dice, los medios de molienda son responsables de más del 57% del costo total de la molienda, la energía de un 25,5% y el revestimiento de alrededor del 17% en molienda primaria. Para molienda secundaria, las proporciones relativas son 59%, 33% y 8% respectivamente, aunque en ninguno de los casos se especificaron los costos efectivos de molienda.
Lo que está claro, sin embargo, es que aunque la proporción de costos totales incurridos por el uso de la energía ha caído durante los últimos 100 años, y los costos de los medios de molienda han aumentado en términos relativos, los revestimientos aún constituyen un importante ítem de costo. Lo que es más, Dahner y van den Bosch indicaron que un molino que haya sido equipado con un revestimiento inapropiado puede costar considerablemente más de operar que una unidad comparable con un revestimiento que haya sido optimizada para el trabajo específico requerido, tomando en cuenta el tipo de mineral, el tonelaje, la geometría del molino y otros factores.
¿Por Qué Revestir?
Instalar revestimientos reemplazables en un molino no es sólo una cuestión de proteger el casco exterior; tanto el diseño del revestimiento como los materiales usados en su construcción juegan un papel crítico en el rendimiento del molino. Si se usa el material correcto y un apropiado diseño levantador, el molino realizará la molienda eficazmente. Por el contrario, una mala elección puede conducir a una molienda deficiente, exceso de energía utilizada y altos costos de mantención del revestimiento.
Además, los segmentos del revestimiento ayudan a eliminar pulpa del extremo de descarga del molino, actuando más como una bomba para la lechada que como mecanismo elevador para los contenidos del cuerpo del molino, incluyendo roca y medios de molienda. La diferencia entre un molino diseñado para operar en modo de desbordamiento o con una rejilla y elevadores de pulpa también es importante en este contexto, ya que el trabajo impuesto en el revestimiento no es el mismo.
Aunque las características físicas del mineral que se está moliendo, tales como su abrasividad y la distribución del mineral dentro de la roca, tienen una gran influencia en la elección del mineral del revestimiento, otros factores también entran en juego. Por ejemplo, la velocidad rotacional del molino, y consiguientemente la relación entre la gravedad y las fuerzas centrífugas actuando sobre las partículas de rocas y los medios de molienda, tiene un efecto significativo. La carga dentro de un molino que funciona a un 90% de su velocidad rotacional crítica se comportará en forma diferente que en uno funcionando a un 75%, en el cual la gravedad tiene una mayor influencia. Las trayectorias de los medios de molienda y las partículas de roca serán diferentes, como lo será la posibilidad de que las bolas de molienda impacten directamente sobre el revestimiento en lugar de la pulpa, así que lo que podría haber sido so una correcta elección de material de revestimiento bajo un conjunto de condiciones bien pudiera ser inapropiado si cambian las condiciones de operación.
Materiales de Revestimiento: Las Opciones
En su aporte para la selección y diseño de revestimientos en la publicación 2006 de SME, Advances in Comminution, El profesor Malcolm Powell y sus co-autores entregaron un breve resumen de las actuales opciones de material para componentes de revestimiento de molino. La elección, indicaron, está principalmente entre diferentes aleaciones de hierro y acero, y revestimientos de elastómero en base a cauchos tanto sintéticos como naturales.
Ellos indicaron que el acero austenítico al manganeso y aceros cromo-molibdeno han sido materiales elegidos para revestimientos de molinos SAG y de bolas, aun cuando la tendencia ha sido hacia el uso de acero cromo-molibdeno con mayor contenido de carbono para molino SAG. Para los molinos de bola, las aleaciones más durables ahora son hierros con alto contenido de cromo y hierros blancos cromo-molibdeno, los cuales exhiben una mayor resistencia a la abrasión que cualquier otro material de revestimiento desarrollado hasta ahora.
En una ponencia presentada en la 9a conferencia de Operadores de Molinos el2007, el Dr. David Royston, de Royston Process Technology dijo, “el acero con aleación cromo-molibdeno combina alta resistencia al impacto con una buena duración, y aún es el material predominante en la construcción de revestimientos de molinos SAG. El hierro blanco sigue siendo el material escogido para zonas de desgaste altamente abrasivas sin impacto.
“Una innovación interesante es el revestimiento bimetálico que usa un inserto de hierro blanco que pueda aumentar la vida útil en lugares de bajo impacto y propensos a la abrasión tales como revestimientos finales. Además, la aplicación de los productos de caucho con cara metálica tipo ‘Poly-met’, con diseños resistentes al daño por impactos de las bolas, está aumentando en los molinos,” dijo.
Este interés en revestimientos con base de caucho para molienda SAG va en contra de la antigua creencia de que un molino SAG, que usaba medios de molienda de diámetro grande, constituía un ambiente demasiado duro para el caucho. Ciertamente, a pesar que aquello sigue siendo verdad para la mayoría de las situaciones—“las bolas de gran tamaño matan los revestimientos de caucho,” dijo un experto de la industria entrevistado por E&MJ—la combinación de la resistencia del metal a la abrasión con la resiliencia del caucho a la carga súbita ha abierto nuevos caminos para la tecnología de revestimientos en algunas circunstancias.
Aprovechamiento del Caucho
Explayándose en este tema, el director de la división minería de Polycorp Ltd., Prasod Kumar, dijo que se han hecho algunos importantes mejoramientos tanto a la calidad del caucho disponible como al diseño de los segmentos del revestimiento. Con oficinas generales en Canadá, Polycorp es el sucesor de B.F. Goodrich en el país, y afirma haber suministrado revestimientos con base de caucho para más de 300 molinos en todo el mundo.
“La teoría sugería que el caucho era bueno para revestir molinos secundarios, pero no para molienda primaria,” dijo. “Ahora, los revestimientos de caucho se usan en molinos SAG y AG de hasta 32 pies de diámetro, con modificaciones tales como el acerado. El gran avance aquí es que el uso de caucho mejora el rendimiento del molino,” agregó, aunque admitió que el caucho puede no ser la panacea universal. Específicamente los molinos de barra son menos adecuados para un revestimiento de caucho, especialmente en áreas del molino donde los extremos de las barras podrían arremeter contra la superficie.
Discutiendo los diferentes componentes que ahora están disponibles, Kumar indicó que no es necesariamente un componente más duro es mejor para los revestimientos de los molinos. “El criterio principal es cómo el compuesto puede manejar la abrasividad de la roca”, dijo.
Como todos los operadores que trabajan en operaciones de metales base y oro buscan una mayor producción, inevitablemente habrá una mayor demanda por revestimientos. “Los revestimientos de molinos más grandes se desgastan más rápido, comúnmente después de un año, mientras que los revestimientos de molinos más pequeños aún se pueden usar después de dos o tres años. Debido a esto, existe mayor demanda por revestimientos de reemplazo para molinos grandes, por lo que las empresas tiene que tenerlos en existencia son antelación,” dijo Kumar.
“Los revestimientos de acero continuarán desgastándose, y son pesados para cambiar de lugar y guardar. Con los revestimientos de caucho, no se necesita tanto inventario, así las compañías pueden planificar mejor. Además, la otra gran ventaja es que los molinos revestidos con caucho hacen menos ruido que los que usan revestimientos de acero,” agregó.
Tendencias de la Práctica Afectan Requerimientos del Revestimiento
E&MJ consultó a una de los expertos australianos en tecnología de revestimientos de molinos SAG, el Dr. David Royston, acerca de la tendencias en molienda SAG y cómo esto ha afectado al diseño de los revestimientos. “En años recientes, la tendencia hacia una alimentación de mineral de menor tamaño a los molinos SAG igualada por una tendencia hacia una mayor número de bolas más pequeñas en la carga de los molinos SAG. Altos índices bola-a-roca y bajos niveles totales de carga de molino ahora son ampliamente usados. Estas prácticas pueden ocasionar una pérdida periódica de carga de roca y daño por bola-en-revestimiento,” dijo Royston.
“Una larga duración del revestimiento en ambientes agresivos de molienda requiere una cuidadosa operación del molino para mantener la carga de rocas y evitar el daño por bola-sobre-revestimiento, como también un diseño robusto del revestimiento del molino.”
Royston prosiguió explicando que los grandes ángulos de cara que levantan el casco, usados para impactar a la “bola levantadora” en el talón de la carga, pueden maximizar la transferencia de energía de la bola a la carga y evitar dañinos impactos bola-en-revestimiento. Espacios más amplios del revestimiento (digamos 44 filas en molino de 33 pies) pueden reducir la ‘compresión’ y aumentar la velocidad de levante, especialmente con menores tamaños de alimentación, agregó. La duración del revestimiento exterior del cabezal de alimentación puede prolongarse aumentando el tamaño de la barra de placa que se asienta entre los levantadores.
Royston también advirtió que grillas nuevas pueden desacelerar las velocidades de molienda: algunos molinos cambian grilla por medio en los cambios de revestimiento, mientras otros usuarios suelen alternar barras levantadoras de grillas altas u bajas, para mantener el rendimiento de molienda. El contraflujo de las rocas no descargadas puede limitar el rendimiento del levantamiento de pulpa y sumarse al desgaste en la base de los levantadores de pulpa. La adecuada profundidad desde el frente hasta la parte de atrás en los levantadores de pulpa es necesaria para garantizar el buen levantamiento de la pulpa, con algunos operadores de molinos SAG habiendo adoptado levantadores de pulpa curvados, especialmente de la forma ‘palo de hockey’. Estos ayudan a la descarga de la pulpa, especialmente de guijarros más grandes, y reducen sustancialmente cualquier contraflujo.
El problema de si usar grillas o un sistema de rebose de descarga de pulpa no se limita a la molienda SAG. Alfred van den Bosch del especialista en partes de desgaste Magotteaux, con sede en Bélgica, le proporcionó a E&MJ un informe detallado del trabajo que la compañía ha venido realizando en esta área, con particular interés en la práctica de molienda en la industria de oro de Sudáfrica.
Según van den Bosch, las pruebas de Magotteaux han demostrado que—contrario a la creencia popular—hay una pequeña diferencia práctica en el rendimiento entre los diseños del desborde y de las grillas de los molinos secundarios y de re-trituración en esta aplicación, aunque este no es el caso para la molienda SAG, donde el criterio principal es el rendimiento total en lugar de la finesa del molido.
En un esfuerzo por demostrarle a los operadores de molinos Sudafricanos que la práctica de la molienda de desborde puede ahorrar costos al eliminar la necesidad de grillas y sus reemplazos, ahora Magotteaux ha diseñado un sistema intercambiable de descarga. Con sólo aflojar algunos pernos, dijo van den Bosch, la descarga del molino puede ser cambiada de un modo al otro, de vuelta al modo anterior, si ello prueba ser más efectivo, en cualquier momento. La compañía también ha estado trabajando en el diseño de los levantadores en el extremo de descarga del molino, con un nuevo diseño que puede operar bajo condiciones de desborde, semi-desborde o grilla ahora bajo prueba en un molino piloto.
La Logística del Manejo de Revestimientos
Volver a revestir un molino es una tarea ardua, no sólo a causa del simple peso de cada segmento de un revestimiento, sino también debido a la precisión con la que hay que instalar el revestimiento si se quiere operar el molino eficientemente. Y aunque las secciones de revestimientos de fabricación local usadas en Waihi hace 100 años probablemente eran manejables debido a su relativa falta de sofisticación, volver a revestir un molino moderno presenta un conjunto de desafíos completamente diferentes.
Tomemos como ejemplo el molino SAG de 18-MW que está operando ahora en la mina de cobre Lumwana de Equinox Minerals en Zambia. Puesto en servicio el 2008, el molino de 38- × 20-pies es el más grande de África, con una producción total de 20 millones de tm/año. En aquel entonces, la compañía informó que contenía 600 tm de revestimientos, con la sección individual más pesada pesando 2,2 tm, mientras que volver a revestir requiere alrededor de de cuatro a un costo de $1,5 millones.
Claramente, manipular una sección de revestimiento que pese más de 2 tm va más allá de las capacidades de manipulación manual dentro del difícil pero confinado interior del molino. En consecuencia, Equinox ha recurrido Russell Mineral Equipment (RME), la compañía Australiana que afirma tener un 80% de participación en el mercado mundial de máquinas enlainadoras de molinos, con unidades vendidas a más de 160 minas en más de 40 países.
Como el tiempo muerto es un factor crítico, especialmente cuando una mina depende de un sólo molino grande para su chancado molienda primaria, la atención se centra en mantener un rebasado lo más breve posible. De acuerdo a RME, su manipulador de rellenos de primerísima calidad, una máquina enlainadora de ocho ejes dobles, ha reducido el tiempo necesario en alrededor de tres cuartos para los molinos grandes, representando un importante ahorro de costos.
La línea de productos de la compañía va desde su sistema Millmast, que está diseñado para uso en molinos más pequeños y puede manejar segmentos de relleno de hasta 400 kg de peso, hasta la máquina de ocho ejes dobles, capaz de manipular segmentos de hasta 10 tm. La capacidad para maniobrar partes de relleno de este tamaño en forma segura y precisa ha tenido consecuencias en términos del diseño del relleno, ya que ahora se necesitan menos segmentos y más grandes.
Hablando en una ceremonia de premio a las exportaciones en el 2008, el Director Ejecutivo de RME, John Russell, dijo que su sistema enlainador de molinos ha eliminado toda limitación por el tamaño del revestimiento. “El martillo sin retroceso Thunderbolt de RME puede derribar todo remanente de relleno, y una máquina enlainadora de molinos puede revestimientos de cualquier tamaño con precisión milimétrica, necesaria para instalar fácilmente los pernos del revestimiento. Un revestimiento de 5 toneladas se instala tan rápido como uno de 1 tonelada, y reemplaza las cuatro maniobras de instalación adicionales,” dijo, enfatizando los beneficios de ahora ser capaces de usar segmentos de relleno individuales más grandes.
El Punto de Vista de los Fabricantes
Eric Herbst, gerente internacional de ventas del fabricante de revestimientos ME Elecmetal con sede en EEUU, dijo desde el punto de vista del proveedor de los revestimientos que hay un énfasis en continuar desarrollando los procesos, aleaciones, diseños y el rastreo del desgaste. Especialmente, agregó, el desarrollo de la aleación es una parte existente del negocio de la compañía, y uno de sus principales puntos de atención de R&D (investigación y desarrollo).
“La mayoría de nuestros clientes están extremadamente interesados en probar nuevas aleaciones en sus molinos, porque cuando estamos listos para probar una aleación, hay muy buena probabilidad de que nuestros clientes se beneficien,” dijo Herbst. Por ejemplo, recientemente hemos desarrollado una nueva aleación para aplicaciones de alto impacto tales como los molinos SAG que aumentado la duración de los revestimientos de nuestros clientes en hasta un 20% comparado con las aleaciones que actualmente se están usando en aquellas aplicaciones.
“Continuamos optimizando continuamente los diseños de los revestimientos de nuestros clientes. Este es un proceso interactivo donde hacemos crecientes mejoramientos al diseño del revestimiento en el tiempo. Una presencia constante en terreno durante las detenciones es una parte extremadamente importante de este proceso.”
Herbst expone un punto particularmente importante en relación a los conceptos que hay detrás de la actual práctica de revestimiento. “Un típico molino SAG de 38 pies hoy en día tiene un 50% del número de piezas fundidas comparado con cinco años atrás,” dijo. “Menos piezas fundidas que instalar significa minimizar el tiempo muerto. Al mismo tiempo, las piezas fundidas están durando más tiempo, reduciendo más el tiempo muerto del molino.”
Según ME Elecmetal, un aspecto importante del proceso de optimización es tener un muy buen entendimiento de cómo se está desgastando un revestimiento dado. Herbst dijo que la compañía ha desarrollado un aplicación basada en Web que mantiene registro del desgaste y el rendimiento de los revestimientos del casco. “Escogimos centrarnos en los revestimientos del caso inicialmente, ya que estos generalmente tienen el más alto consumo y uso de cualquier revestimiento en el molino. La aplicación almacena perfiles de desgaste y parámetros operacionales del molino, y analiza el desgaste y el rendimiento de los revestimientos,” dijo.
Logrando el Equilibrio Correcto Como con la mayoría de las cosas de la vida, seleccionar el revestimiento más apropiado para una operación específica de molienda puede ser un acto de equilibrio entre duración, costo y varios otros factores. Como lo indicaron aquí varias personas entrevistadas por E&MJ, las metas del gerente de mantención y del superintendente de molinos puede no siempre ser la misma, especialmente donde hay centros de costo separados. Menores costos por revestimientos pueden mantener el presupuesto de mantención bajo, pero ciertamente tendrán un impacto en el tiempo muerto de un molino y por tanto en su disponibilidad.
Los operadores de molinos y los fabricantes de revestimientos tienen paquetes de software de simulación tales como Milltraj y MillSoft a su disposición—paquetes que pueden analizar las combinaciones óptimas de velocidad y tamaño de molino, configuraciones de revestimiento y levantador, y carga de medios de molienda para un conjunto dado de condiciones. Determinar la mejor trayectoria para las bolas de molienda puede tener una importante influencia en la duración del revestimiento; al minimizar los impactos físicos bola-a-revestimiento, el desgaste y el daño a ambos se reduce. Además, hay pros y contras materiales, ya que las aleaciones de revestimiento con mayor resistencia también tienden a ser más quebradizas. Por otra parte, más se paga más se obtiene; como lo indicó Alfred van den Bosch de Magotteaux, los revestimientos altos en cromo son más caros, pero en un molino rebosadero normalmente durará dos veces más que los segmentos de cromo-molibdeno.
La idea general que surge, sin embargo, es que la selección del revestimiento es un trabajo en equipo, y no de una sola persona. Demasiado factores están en juego como para correr el riesgo, así al adoptar un enfoque integral, los operadores de los molinos pueden optimizar mejor su desempeño general y, por ende, la rentabilidad de la mina.
