Conminución y Separación de Tamaños

1

CONMINUCION
Y SEPARACION DE TAMAÑOS
Dr. Patricio Navarro Donoso
Consultor Intercade

2

INDICE
1 CONMINUCION………………………………………………………………

5

1.1 Introducción………………………………………………………………....

5

1.2 Factores que influyen en la selección de circuitos de conminución…..

7

2 CHANCADO DE MINERALES……………………………………………… 28
2.1 Diagramas de flujos………………………………………………………… 30
2.2 Mecanismos de reducción de tamaño en conminución………………..

48

2.3 Tipos, descripción y selección de chancadoras………………………...

72

2.4 Dimensionamiento de chancadoras……………………………………... 134
2.5 Separación de tamaños en harneros……………………………………. 146

Dr. Patricio Navarro Donoso - Consultor Intercade

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2
3

3 MOLIENDA DE MINERALES…………………………………………....

197

3.1

Introducción……………………………………………………………

197

3.2

Diagramas de flujos……………………………………………………

204

3.3

Tipos, descripción y diseño de molinos de Barras…………………

209

3.4

Tipos, descripción y diseño de molinos de Bolas……………….....

239

3.5

Tipos, descripción y circuitos de molinos semiautógenos…………

282

3.5.1 Preclasificación y prechancado del mineral…………………………

286


4

4 SEPARACION DE TAMAÑOS EN HIDROCICLONES…………………….. 308
4.1 Antecedentes de la operación con hidrociclones………………………….. 308
4.2 Características de los hidrociclones………………………………………… 320
4.3 Dimensionamiento y selección de hidrociclones a través de modelos
matemáticos empíricos………………………...………………………………. 331
4.4 Separación sólido-líquido……………………………………………………... 340
4.5 Tipos y características de separación por gravedad……………………….. 346


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3
5

1. CONMINUCION

1.1 Introducción
Se usa el concepto de conminución para identificar todos
los procesos que tienen que ver con la acción de reducir
el tamaño de los minerales que se procesan y poseen
elementos de valor comercial y otros que no tienen valor
(ganga).


6

Los objetivos más importantes que persigue la
conminución son:
Manipulación y manejo adecuado del mineral.
Liberar las especies valiosas contenidas en ellas.
Preparar el mineral para los procesos posteriores.


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4
7

1.2 FACTORES QUE INFLUYEN
EN LA SELECCION DE CIRCUITOS
DE CONMINUCION
Los factores que influyen en la intensidad del proceso de
conminución y por ende en la selección del circuito son:
Ley del mineral o metal a recuperar.
Características de la ganga presente.


8

Tonelaje de las reservas.
Tipo de proceso posterior de recuperación o
concentración: flotación, lixiviación, concentración
magnética, concentración gravimétrica, otros.
Valor comercial del mineral.


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9

En estricto rigor la liberación de especies de valor se
logra solo en forma parcial.
Para un proceso de lixiviación en pilas son necesarias de
2 a 3 etapas de chancado.
Para un proceso de lixiviación en botaderos con
actividad bacteriana es necesaria una (dos a lo mucho)
etapa de chancado.
Para el proceso de flotación son necesarias tres etapas
de chancado y dos etapas de molienda.


10

El proceso de lixiviación en pilas puede requerir 2 ó 3
etapas de chancado. El proceso de lixiviación en
botaderos o sulfuros de baja ley requiere a lo sumo de
una etapa.

Proceso de Lixiviación

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6
11

BURBUJAS DE AIRE MINERALIZADAS

El proceso de flotación, requiere de tres etapas de chancado y dos
etapas de molienda. En algunos casos se requiere de remolienda
para mejorar la ley del concentrado.


12

La tronadura en la mina es el primer proceso de
conminución en la línea de operaciones de mina y
planta.


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7
13

Desde la mina hasta las distintas etapas de chancado se
estará operando en seco, sin agua.
Desde la alimentación a la molienda en adelante, siempre
se estará operando con pulpas.


14

El mineral proveniente de la mina tiene un tamaño variado,
por lo que el objetivo del chancado (primera etapa de la
conminución a ejecutarse en la planta) es reducir el
tamaño de los fragmentos de rocas enviados, desde la
mina hasta obtener un tamaño uniforme máximo de ½
pulgada (aprox. 1,27 cm).


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8
15

Para

la

reducción

chancadoras

del

(equipos

tamaño

se

utilizan

mecánicos-eléctricos

las
de

grandes dimensiones).
En estos equipos, los elementos trituran la roca
mediante movimientos de atrición y están construidos
de aleaciones especiales y acero de alta resistencia.


16

Todo el manejo del mineral en la planta se realiza mediante correas
transportadoras, desde la alimentación proveniente de la mina
hasta la entrega del mineral como producto chancado a la etapa
siguiente.

Opción 2 : SAG + Ball Mill
Muckpile
Primary
crusher

0.1 kWh/t

0.2 kWh/t
Stockpile

Cyclones

10 kWh/t
Ball mill
SAG


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17

Como uno de los objetivos más importantes de la
conminución es la reducción del tamaño de las rocas, es
posible plantearse la siguiente pregunta ¿Por qué la
acción no se hace en una sola etapa? Es decir, que un
equipo tome la roca de mineral y lo convierta en
partículas finas en una sola etapa.


18

Desafortunadamente, no se ha podido hasta la fecha
desarrollar un equipo capaz de realizar todo el proceso
de chancado de una sola vez (para todos los tipos de
materiales).
Por esto, en la mayoría de las aplicaciones son
necesarias varias etapas de fragmentación y la
utilización de más de un equipo.


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10
19

El hecho de que existan ambos, chancado y molienda y
no solo uno de ellos, responde a dos motivos muy
claros: factibilidad técnica y económica.
Existe un límite de tamaño de las partículas de mineral
hasta donde las chancadoras son eficientes y pasado
este límite realizan muy poco trabajo en comparación
con la energía consumida.


20

Comminution Energy
energy consumption (kWh/t)

40
35

milling

30

crushing

25
20
15
10
5
0
0.01

01

1

10

100

80% passing size (mm)

Consumo de energía en chancado y molienda

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11
21

En la figura anterior podemos observar que para reducir
partículas a un tamaño de 8 a 10 mm. (aprox.) debe
realizarse en chancadoras y para tamaños inferiores en
molinos.


22

Es necesario saber elegir los equipos adecuados que
permitan conseguir la reducción de tamaño requerido y
ubicarlos

en

un

circuito,

de

modo

que

juntos

proporcionen la disminución de tamaño necesario para
el proceso siguiente. No olvidar que debemos hacer un
eficiente uso de la energía consumida.


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12
23

La

resistencia

que

opone

el

mineral

a

la

fragmentación es fundamental. Puesto que, es
necesario conocer la razón de la reducción de
tamaño y definir qué tipo de máquina se debe utilizar.


24

Un material con bajo índice de trabajo es más fácil de
fragmentar. Por ello la razón de reducción del chancador
es alta, disminuyéndose las etapas de fragmentación en
la planta de chancado.


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13
25

Por ende se puede concluir que cuando un material
tiene un menor índice de trabajo se puede alcanzar una
razón de reducción más alta, de acuerdo a la definición
presentada.


26

Por el contrario, si un material tiene un índice de
trabajo alto, será imposible utilizar una abertura de
salida muy estrecha, para no producir sobrecargas.
Por eso es necesario utilizar una mayor cantidad de
etapas de fragmentación y así alcanzar el tamaño
deseado en el producto.


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14
27

INDICE DE TRABAJO WI


28

2. CHANCADO DE MINERALES
Los objetivos del chancado de los minerales son:

Liberar minerales comerciables desde una matriz
formada por minerales de alto y bajo interés
económico.
Promover reacciones químicas rápidas a través de la
exposición de una gran área superficial.
Producir un material con características de tamaño
deseable para su posterior procesamiento, manejo,
almacenamiento y/o comercialización.

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29

Existe un límite de tamaño en las partículas de mineral
hasta donde los chancadores son eficientes, pasado este
límite realizan un trabajo muy pobre en comparación a la
energía consumida.

Para los tamaños más finos, existen molinos que realizan
la reducción de tamaño del mineral con un mejor
rendimiento que los chancadores.


30

2.1 DIAGRAMAS DE FLUJO

Se usa el concepto de conminución para identificar los
procesos que tienen que ver con la reducción de
tamaño de los minerales y que permiten liberar las
especies valiosas contenidas en ellos.


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31

Circuito Abierto

Equipo de
reducción de
tamaños

Alimentación
F80

Producto
P80


32

A la relación entre el tamaño de alimentación y el de
descarga de cualquier equipo de conminución se le
llama razón de reducción.
spider

gape
top shell

mantle
mantle
diameter

set

bottom
shell
drive
hydraulic
support


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33

Podemos observar algunos equipos y sus valores
típicos de razón de reducción.
Chancadoras de compresión

Impactores (modelo horizontal)

Mandíbula 3-4
Giratorio 3-4
De cono 4-5

Impactores (modelo vertical)

10 - 15

Molinos (modelo tambor)

3-8

Barra 100
Bota 1000
AG & SAG 5000


34

Todos los chancadores tienen una razón de reducción
limitada; puesto que, el tamaño global del circuito se va a
realizar en etapas.
La cantidad de etapas está guiada por el tamaño de la
alimentación y el producto final requerido, como puede
visualizarse en el siguiente ejemplo.


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18
35
100%

90

P80 =16 mm

70
60

F 80 =400 mm

50

P80 =16 mm

Porcentaje avanzado

80

0
2

4

8

16

32

64

125

250

500 1000 mm


36

EJEMPLO
Para un tamaño de material cuya alimentación es de
F80=400 mm correspondiente a roca de voladura, cuyo
tamaño es 80% menor que 400 mm.
El tamaño deseado del producto:
P80 = 16mm correspondiente al mineral de alimentación de
molino de barras.
Razón de reducción tal R = F80/P80 = 400/16 = 25


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19
37

Una solución propuesta a los requerimientos, puede ser la
siguiente:
Razón de reducción en etapa primaria R1 = 3
Razón de reducción en etapa secundaria R2 = 4
Razón de reducción en 2 etapa de chancado = R1 x R2
= 3 x 4 = 12


38

Dos etapas no son suficientes.

Se necesita una

tercera etapa de chancado.

Ya que se deben usar tres etapas, se puede disminuir
un poco la razón de reducción en cada etapa, de ese
modo se otorga mayor flexibilidad al circuito.


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20
39

Por ejemplo:
Razón de reducción, primera etapa R1 = 3
Razón de reducción, segunda etapa R2 = 3
Razón de reducción, tercera etapa R3 = 3

Juntas, estas tres etapas dan R1xR2xR3 = 27, reducción
suficiente.


40

CHANCADORAS APROPIADAS
PARA LAS DIFERENTES ETAPAS
Etapa I
Chancadora de mandíbulas

Etapa II
Chancadora de cono
Etapa III
Chancadora de cono


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21
41

En la siguiente figura se observa el circuito abierto de
chancado conformado por tres etapas, cada etapa de
la

descarga

alimenta

la

etapa

siguiente

del

chancador. La descarga del chancado terciario
constituye el producto final.


42

Feed
Grizzley screen
Oversize

Primary Jaw
crusher

Circuito abierto
de chancado

Tertiary cone
crusher

Product


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22
43

En la figura siguiente veremos el diagrama de una
etapa de chancado en un circuito cerrado; es decir, la
descarga del chancador alimenta a un harnero. El
sobre tamaño recircula al chancador y el bajo tamaño
constituye el producto que pasa a la siguiente etapa.


44

Feed
Grizzley screen
Oversize

Circuito cerrado
de chancado

Primary Jaw
crusher

Oversize
Screen

Product


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23
45

CIRCUITO CERRADO DIRECTO

Alimentación
fresca

Equipo de
reducción de
tamaños

F80

Producto
grueso

Clasificador

P80
Producto
fino


46

CIRCUITO CERRADO INVERSO

Alimentación
fresca

F80
Clasificador

Producto
grueso

Equipo de
reducción de
tamaños

P80
Producto
fino


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24
47

CARGA CIRCULANTE
El cociente entre el flujo de mineral que alimenta al
equipo de reducción de tamaño y el flujo de
alimentación fresca al circuito, en porcentaje.
.
F

G

F

EQUIPO DE
REDUCCION DE
TAMAÑOS

D

A

D

CLASIFICADOR

Q
PRODUCTO
FINAL

CC = 100

A

G
F

CLASIFICADOR

EQUIPO DE
REDUCCION DE
TAMAÑOS

G

Q

CC = 100

D
F


48

2.2 MECANISMOS DE REDUCCION
DE TAMAÑO EN CONMINUCION
FRACTURA: Es el fraccionamiento de un cuerpo sólido
en varias partes.
COMPRESION: Es la aplicación de esfuerzos de
compresión. Normalmente se produce en máquinas de
chancado donde existe una superficie fija y otra móvil, da
origen a partículas finas y gruesas. La cantidad de
material fino se puede disminuir reduciendo el área de
contacto, utilizando superficies corrugadas.


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25
49

MATERIAL FINO

MATERIAL GRUESO

Esquema de acción de esfuerzos de
comprensión


50

Acción de compresión


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26
51

Impacto: Es la aplicación de esfuerzos compresivos a alta
velocidad. De esta manera la partícula absorbe más
energía que la necesaria para romperse. El producto,
normalmente, es muy similar en forma y tamaño.

MATERIAL FINO (MENOR
QUE EN COMPRESION)


52

Acción de impacto


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27
53

Cizalle: El cizalle ocurre como un esfuerzo secundario al
aplicar esfuerzos de compresión y de impacto. Produce
gran cantidad de finos y, generalmente, no es deseable.


54

Efecto de cizalle

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28
55

ASTILLAMIENTO: La ruptura de cantos de una partícula,
ocurrida por la aplicación de esfuerzos fuera del centro de
la partícula, genera el mecanismo de astillamiento.

ABRASION: Cuando el esfuerzo de cizalle se concentra
en la superficie de la partícula se produce abrasión.


56

Efecto de abrasión


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29
57

PRINCIPIO

COMPRESION

IMPACTO

COMPRESION - IMPACTO

Trituradora de impacto

Trituradora de mandíbulas
Trituradora giratoria
Trituradora de cono
Trituradora de rodillos

Molino
Molino
Molino
Molino

de barras
de bolas
autógeno
semiautógeno

Tipos de equipos de reducción de tamaños en base a los principios de
fractura.

58

ETAPAS DE REDUCCCION DE TAMAÑO
Las etapas de un proceso de reducción se identifican de acuerdo al
diseño desarrollado para el procesamiento del mineral.
Si el mineral requiere una reducción fina, se identifican:
• Circuito de molienda convencional (3 etapas de chancado y
dos de molienda).
• Circuito de molienda unitario (3 etapas de chancado y uno de
molienda).
• Circuito de molienda semiautógena (una etapa de chancado y
dos de molienda).
Si el mineral requiere una reducción gruesa, solo se trabaja con
etapas de chancado.


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30
59

ETAPAS DE CHANCADO
Convencional
Trituración primaria:
Trata el material que viene de la mina, con trozos máximos de
hasta 1,5 m (60 plg), entrega un producto de 15 a 20 cm (6 a 8
plg).

Trituración secundaria:
Toma el producto de la trituradora primaria y lo reduce a su vez a
un producto de 5 a 8 cm (2 a 3 plg).

Trituración terciaria:
Toma el producto de la trituración secundaria y lo reduce a su vez a
un producto de 1 a 1,5 cm (3/8 a 1/2 plg) que puede ir a una etapa
de molienda (en el caso de sulfuros de cobre) o al proceso de
lixiviación (en el caso de óxidos).


60

Las primeras etapas se realizan para facilitar el manejo
del material proveniente de la mina.
Las siguientes etapas de chancado y molienda, se
realizan para separar las especies minerales de interés
de la ganga.
Las partículas están formadas por minerales
individuales, se habla de partículas libres.
Si consisten en dos o más especies minerales, se
les llama partículas mixtas.


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31
61

ENERGIA Y REDUCCION DE TAMAÑO
Desde los primeros años de aplicación industrial de los
procesos de conminución al campo de beneficio de
minerales, se constató la relevancia del consumo de
energía específica como parámetro controlante de la
reducción de tamaño y granulometría final del producto,
en cada etapa de conminución.


62

CONSUMOS DE ENERGIA

Etapa

Sub-etapa

Rango tamaño
(solo referencial)

Consumo de energía
KWh/t

100 a 10 cm

0,3 a 0,4

Secundario

10 a 1 cm

0,3 a 2

Terciario

1 a 0,5 cm

0,4 a 3

Primario

10 a 1 mm

3a6

Secundario

1 a 0,1 mm

4 a 10

Chancado Primario

Molienda


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32
63

CONSUMO ESPECIFICO DE ENERGIA
Se define como la energía que se debe consumir para
provocar la fractura de una tonelada del mineral que se
procesa, se mide en kWh/t. En forma práctica se calcula
como la razón entre el consumo de potencia del circuito
de reducción de tamaños (normalmente la potencia
consumida por el equipo de reducción de tamaños) en
kW y el flujo de alimentación fresca al circuito en t/h:

E=

P
F

kWh/t


64

RELACION ENERGIA CONSUMIDA Y TAMAÑO
DE PARTICULA PRODUCIDO
En cada etapa de conminución, el consumo de energía
específica es un parámetro controlante de la reducción
de tamaño y granulometría final del producto.
La energía consumida se encuentra estrechamente
relacionada con el grado de reducción de tamaño
alcanzado por las partículas (según en la etapa que
corresponda).


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33
65

Postulado de Bond (3ra ley de la conminución)
La energía consumida para reducir el tamaño 80% de un
material, es inversamente proporcional a la raíz
cuadrada de este tamaño, definiéndose el tamaño 80%
como la abertura del tamiz (en micrones) que deja pasar
el 80% en peso de las partículas.

 1
1 
E = 10Wi 
−

P80
F80 



Wj es conocido como el Indice de Trabajo de Bond o WORK
INDEX que representa el trabajo requerido para reducir el
mineral desde un tamaño infinito a 100 mm.

66

Postulado de Bond o Work Index
El Wi depende de:
• El material (resistencia a la conminución).
• El equipo utilizado.
• Condiciones de operación.
Se determina experimentalmente, a través de un
ensayo estándar de laboratorio.
Wi representa la resistencia del mineral a ser
fracturado y se mide en kWh/t.


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34
67
Sólidos
Andesita
Aceite de esquisto
Arcilla
Arena de silice
Baritina
Basalto
Bauxita
Caliza
Carbón de Piedra
Carburo de silice
Coque
Cuarcita
Cuarzo
Diorita
Dolomita
Escoria
Escoria de cemento
Esmeril
Esquisito
Feldespato
Ferro-cromo
Ferro-mangneso
Ferro-silicona
Fluoro natural
Gabro
Grafito
Granito
Gravilla

Wi
[kWh/ton corta]
18.25
15.84
6.30
14.10
4.73
17.10
8.78
12.74
13.00
25.87
15.13
9.58
13.57
20.90
11.27
10.24
13.45
56.70
15.87
10.80
7.64
8.30
10.01
8.91
18.45
15.13
20.13
43.56

Sólidos
Gneiss
Hernatita
Magnesita
Magnetita
Materia prima de cemento
Mineral de cobre
Mineral de estaño
Mineral de manganeso
Mineral de niquel
Mineral de oro
Mineral de pirita
Mineral de plomo
Mineral de plomo-zinc
Mineral de potasa
Mineral de pyrrhotita
Mineral de rutilo
Mineral de spodumeno
Mineral de titanio
Mineral de zinc
Molibdeno
Pedernal
Pizarra
Rocka de fosfato
Rocka de trapeana
Roca de yeso
Sienita
Silicato de sílice
Taconita
Vidrio

Wi
[kWh/ton corta]
20.13
12.84
11.13
9.97
10.51
12.72
10.90
12.20
13.65
14.93
8.93
11.90
10.93
8.05
9.57
12.68
10.37
12.33
11.56
12.80
26.16
14.30
9.92
19.32
16.06
13.13
13.40
14.61
12.31


68

Las operaciones industriales se realizan generalmente
por

equipos

operados

mecánicamente

como:

chancadoras de mandíbula, chancadoras de cono y
chancadoras de rodillo.

Los mecanismos de chancado se verifican por aplicación
de fuerzas de impacto, presión o una combinación de
ambos.


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35
69

Las tres etapas clásicas de chancado antes de la
molienda
Chancado de tres etapas clásicas, previo al ingreso al molino de barras
Chancado primario
Trituración en seco
Chancado secundario
o húmedo

Chancado terciario


70

Primary crushing

Circuitos de 1
y 2 etapas de
chancado
antes de la
molienda

Primary
crushing

“straight on”

Primary grinding
Primary grinding
Secondary crushing

Primary
crushing

“precrushing
of critical
sizes”

SAG
Primary grinding

Secondary crushing

“crushing
of critical
sizes” from
mill dischargue


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36
71

El tamaño final de partículas requerido es logrado por
los requerimientos de liberación.
Normalmente, el chancado es menos importante que la
molienda:
El número de etapas de chancado puede ser
minimizado.
El número de etapas depende del tamaño de
alimentación a molienda.


72

2.3 TIPOS, DESCRIPCION Y SELECCION
DE CHANCADORAS
Los métodos de reducción de tamaños pueden agruparse
de varias maneras, pero como la reducción ocurre en
etapas, el tamaño de las partículas aporta el método
primario de agrupamiento.
Si el cuerpo de mineral es de carácter masivo, el minado
o extracción es en realidad la primera etapa de reducción
de tamaño. Generalmente se realiza con explosivos,
aunque pueden usarse medios mecánicos en los
minerales más blandos.


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37
73

El término chancado se aplica a las reducciones
subsecuentes de tamaño hasta 6mm a 25mm (aprox.),
considerándose las reducciones a tamaño más finos
como molienda.
Tanto el chancado como la molienda pueden
subdividirse en etapas primaria, secundaria, terciaria y
hasta cuaternaria.
Como estas etapas se relacionan con la maquinaria
empleada los límites no son rígidos y en cualquier
operación puede que no se requieren todos.


74

El chancado es aquella operación unitaria o grupos de
operaciones concernientes a la reducción de trozos
grandes a fragmentos de rocas, donde las partículas
más grandes en el producto van de 1/4" a 3/8".
El chancado puede dividirse en:
Chancado grueso ↔ Chancador primario

Chancado fino ↔ Chancador secundario - terciario


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38
75

La decisión en cuanto a qué tipo de chancador
utilizar, dependerá del tipo de material y aplicación
que se quiera dar al material.

Las chancadoras son clasificadas de acuerdo al
tamaño del material tratado, con subdivisiones en
cada tamaño y de acuerdo a la aplicación de fuerzas.


76

EQUIPOS UTILIZADOS
Chancado primario
• Chancadoras giratorias
• Chancadoras de mandíbulas
• Chancadoras de rodillos
Chancado secundario
•
•
•
•
•

Chancadoras de cono
Chancadoras de cono cabeza corta
Chancadoras de rodillos
Chancadoras de martillo
Chancadoras de impacto


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39
77

Chancador primario: Fractura la mena de
alimentación proveniente de la mina, desde 60" hasta
8" ó 6" de producto.

Chancador secundario: Toma el producto del
chancador primario y lo reduce en una pasada hasta 3"
ó 2" de producto.

Chancador terciario: Toma el producto del chancador
secundario o chancadores intermedios reduciendo el
material bajo 1/2" o 3/8".


78

CHANCADO PRIMARIO
El chancado primario puede ser realizado por un
chancador giratorio o un chancador de mandíbula.

Abertura de alimentación de un Chancador Giratorio


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40
79

CHANCADOR GIRATORIO

El movimiento máximo de la cabeza ocurre en la
descarga, evitando los problemas de hinchamiento del
material. Debido a que chanca durante el ciclo completo,
tiene más capacidad que un chancador de mandíbulas
del mismo tamaño (boca); por ello se le prefiere en
plantas que tratan altos flujos de material.


80

Chancador
Giratorio
(Primario)


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