Laboratorio de Metalurgia Extractiva Nº1

Universidad tecnologica de chile inacap - area minero-metalurgico – laboratorio de metalurgia extractiva

Laboratorio Nº 1

Caracterización de Partículas

Mauricio Escobar, Luis Gutiérrez, Daniel Rojas, Sergio Tejos, Nicolás Carrizo

24/04/2013

Primer informe a presentar para la asignatura de Laboratorio de Metalurgia Extractiva – Manipulación de Pulpas y Sólidos, para la carrera de Ingeniería en Minas.

I. RESUMEN

En el presente informe daremos cuenta de lo que fue la primera

experiencia de laboratorio, enfatizada en cierto modo tanto en

análisis teóricos como empíricos bajo el nombre de “Caracterización

de Partículas”.

Nuestra experiencia en el laboratorio de metalurgia extractiva tiene el

fin de estudiar los principios básicos utilizados en las distintas

operaciones unitarias de la liberación del mineral valioso, de modo

que queden aptos para su separación por métodos de concentración

tales como flotación por espumas, gravimetría, medios densos,

magnéticos, eléctricos y electromagnéticos.

Como función principal, el equipo de trabajo debe determinar

fundamentalmente la densidad del mineral de cobre asociada a un

cierto tipo de muestra en base a 3 métodos diferentes:

Método de Desplazamiento de Volumen

Picnometrìa

Balanza de Marcy

Como condición primaria la masa de las muestras deben estar secas,

por lo que los distintos métodos se diferencian en el procedimiento

seguido solo para la determinación de la densidad.

A continuación se explicaran los conceptos más relevantes de la

experiencia dentro de un marco teórico, con el fin de comprender los

procedimientos elaborados en el primer laboratorio. Seguido de esto

detallaremos el desarrollo principal para llevar a cabo la

determinación de los cálculos de densidad nombrando nuestros

objetivos principales, elección de materiales, planteamiento del

problema y su posterior solución y discusión.

Figura 1.1. Partícula de 2.5 micrones

II. INDICE

1) Resumen……………………………………………………………………..2

2) Índice…………………………………………………………………………3

3) Objetivos……………………………………………………………………..4

4) Introducción

Teórica………………………………………………………..5

5) Desarrollo del Trabajo………………………………………………………

8

6) Discusión……………………………………………………………………..1

3

7) Conclusión……………………………………………………………………

14

8) Apéndices…………………………………………………………………….1

5

9) Bibliografía…………………………………………………………………...1

9

III. OBJETIVOS

Los objetivos de este laboratorio son familiarizar al equipo de trabajo

con las técnicas más usuales de:

Manipulación de partículas sólidas en laboratorio.

Determinación de la densidad de un mineral.

Determinación de los parámetros que caracterizan la

composición de una pulpa metalúrgica.

Determinación de la densidad en relación a la distribución

granulométrica de una muestra de mineral

IV. INTRODUCCION TEORICA

Caracterización de partículas.

La caracterización de partículas y conjuntos de partículas es muy importante en

el Procesamiento de Minerales, ya que el tamaño se usa como una medida de

control para la conminución que tiene como finalidad la liberación de las especies

de interés. La conminución tiene un alto costo, por lo que se debe evitar una

sobreliberación o subliberación de la especie de interés la subliberación

ocurre cuando el grado de reducción de la partícula no es suficiente para liberar

completamente a la especie de interés. En cambio, la sobreliberación ocurre

cuando el grado de reducción de la partículas mayor que el necesario para

liberar completamente la partícula.

Figura 4.1. Representación de los grados de reducción de una partícula.

La Densidad

La densidad de una sustancia homogénea es una propiedad física que

la caracteriza y es definida como el cociente entre la masa y el

volumen de la sustancia que se trate. Esta propiedad depende de la

temperatura por lo que al medir la densidad de una sustancia se debe

considerar la temperatura de la medición. En el caso de sustancias no

homogéneas lo que obtenemos al dividir la masa y el volumen es la

densidad promedio.

La densidad es una propiedad elemental y fundamental de los

materiales, relacionada con la naturaleza de sus constituyentes y la

porosidad existente entre ellos. La densidad (ρ) se define como la

masa (M) por unidad de volumen (V), y se expresa en Kg/m3:

Figura 4.2. Formula de la Densidad

Determinada la masa y el volumen de una muestra rocosa se

conocen de forma inmediata su densidad. En los materiales porosos

tanto la masa como el volumen admiten ciertas matizaciones y, en

consecuencia, se pueden establecer distintos tipos de densidad.

Fundamentalmente se distinguen dos: "densidad de los granos

minerales" y "densidad de la roca seca". También pueden

considerarse otros tipos como la "densidad de la roca húmeda" (para

un determinado contenido en humedad) o la "densidad de la roca

corregida" (cuando en el volumen de roca no se incluyen los poros

abiertos), parámetros obtenidos en algunos ensayos.

Densidad de los Granos Minerales, (ρs), conocida también como

densidad de la fracción sólida, densidad real o densidad verdadera, se

define como la masa de material seco (Ms) por unidad de volumen de

la parte sólida de la roca (Vs), es decir, el volumen después de ser

excluidos sus espacios vacíos:

ρs = Ms / Vs

Su valor puede calcularse de forma teórica a partir de la densidad de

los minerales constituyentes, siempre que se conozca con precisión la

composición cuantitativa de la roca y la densidad de cada

componente. Experimentalmente puede obtenerse mediante el

método clásico del picnómetro (UNE-EN 1936:1999; Belikov et al.,

1967); en este caso su correcta determinación requiere una buena

pulverización y ausencia de humedad en la muestra, y que la

temperatura se mantenga constante a lo largo del ensayo. Otra

técnica utilizada es el picnómetro de helio, ya que dicho gas –inerte y

de número atómico muy bajo– se difunde por todo el espacio vacío,

permitiendo obtener el volumen del sólido; dicho volumen se

determina a partir del descenso relativo de presión que experimenta

el gas contenido en una célula, en la que eventualmente se introduce

la muestra.

Figura 4.3. Formula del Peso Especifico

Figura 4.4. Formula de la Gravedad Específica

Densidad de la Roca Seca, (ρd), conocida también como densidad de

la roca en bloque, densidad aparente o peso del volumen, se define

como la masa del material seco (Mm) por unidad de volumen total de

roca (Vt), es decir, el volumen incluyendo su parte sólida (Vm) y todos

sus espacios vacíos (Vv):

ρd = Mm / Vt

Figura 4.5. Determinación de Volumen

V. DESARROLLO DEL TRABAJO

Equipo

Cortador de Muestras Rifle

Balanza de Precisión

Probeta Graduada

Picnómetro

Mineral Oxido-Mixto

Cámara de Vacio

Maquina Tamizadora (Ro Tap) y serie de tamices Tyler o ASTM

Accesorios

Balanza de Marcy

Probeta

Pipeta

Agua

Experiencia Nº1: Desplazamiento de Volumen

Método de Arquímedes: Principio descubierto por el científico griego

Arquímedes, en donde estando un cuerpo sumergido en un fluido, se

mantiene a flote por una fuerza igual al peso del fluido. Este principio,

también conocido como la ley de hidrostática, se aplica a los cuerpos,

tanto en flotación, como sumergidos; y a todos los fluidos. El principio

de Arquímedes también hace posible la determinación de la densidad

de un objeto de forma irregular, de manera que su volumen no se

mide directamente. Si el objeto se pesa primero en el aire y luego en

el en agua, entonces; la diferencia de estos pesos igualará el peso del

volumen del agua cambiado de sitio, que es igual al volumen del

objeto. Así la densidad del objeto puede determinarse prontamente,

dividendo el peso entre el volumen.

Método de la Probeta: Es un procedimiento basado en el

desplazamiento de volumen, se medirá en una probeta graduada, se

utilizará mineral seco, se tendrá un volumen inicial de agua, se

agregará el material, midiendo el volumen que ocupa este, para

posteriormente medir el volumen final.

Procedimiento:

o Recolectamos 10 Kg de Mineral Oxidado, depositándolo dentro

de un recipiente metálico cuyo peso es de 2,6 Kg.

o Homogenizamos la muestra y procedemos a cortarla en el Rifle

o Una vez terminado el proceso de corte, seleccionamos la

muestra que a nuestro gusto es la más significativa. Esta es

masada en una balanza, en donde su peso será finalmente de

3,185 Kg.

o Ya con la muestra seleccionada comenzamos a homogenizar el

material intercalando el orden de corte. Este procedimiento se

repitió 4 veces obteniendo una muestra final de 580 gr.

Figura 5.1. Selección de Muestra y Pesado

o Luego separamos nuestra muestra en 4 partes iguales, en

donde su masa debe ser equivalente a 145 gr para una de cada

especie.

o Buscamos un vaso precipitado de 500 ml en el cual vertimos

300 ml de agua.

o Trasvasijamos el agua dentro de una probeta hasta completar

los 300 ml de agua dentro de ella.

o Anotamos su volumen inicial para luego trasvasijar nuestra

primera muestra de mineral de 145 gr a la probeta.

o Notamos que el volumen vario de 300 ml a 355 ml, es decir

vario 55 ml.

o Repetimos la misma operación para las otras 3 muestras

notando que el volumen desplazado siempre fue el mismo.

Figura 5.2. Volumen Final Desplazado

Tabla 5.1. Densidad de la muestra determinada por desplazamiento de volumen

Muestra V M ρ

1 55 ml 145 gr 2,63 gr/ml

2 55 ml 145 gr 2,63 gr/ml

3 55 ml 145 gr 2,63 gr/ml

4 55 ml 145 gr 2,63 gr/ml

Desviación Media: (2,8 – 2,63/4)* 4 = 0,17

Experiencia Nº2: Picnometrìa

El picnómetro es un instrumento sencillo utilizado para determinar la

densidad de líquidos con mayor precisión. Su característica principal

es la de mantener un volumen fijo al colocar diferentes líquidos en su

interior. Esto sirve para comparar las densidades de dos líquidos

pesando el picnómetro con cada líquido por separado y comparando

sus masas. Es usual comparar la densidad de un líquido respecto a la

densidad del agua pura a una temperatura determinada, por lo que al

dividir la masa de un líquido dentro del picnómetro respecto de la

masa correspondiente de agua, obtendremos la densidad relativa del

líquido respecto a la del agua a la temperatura de medición. El

picnómetro es muy sensible a los cambios de concentración de sales

en el agua, por lo que se usa para determinar la salinidad del agua, la

densidad de líquidos biológicos en laboratorios de análisis clínicos,

entre otras aplicaciones.

Figura 5.3. Picnómetro

Procedimiento

o Cortamos 10,14 gr de muestra bajo malla #60.

o Pesamos el picnómetro vacio 29,28 gr.

o Introducimos parte del mineral en el fondo del picnómetro

calentado previamente a llama.

o Pesamos el picnómetro con el mineral 30,889 gr.

o Luego añadimos agua al picnómetro hasta que se desplacen

gotas atreves del capilar.

o Pesamos el picnómetro, esta vez con agua y mineral 78,932 gr.

o Procedemos a vaciar el picnómetro junto con el mineral,

lavamos, secamos y volvemos añadir agua, para pesarlo sin

mineral 78,071 gr.

o Al determinar la densidad según su formulismo (especificado en

los apéndices), este nos arroja un resultado de 2.151 gr/ml.

Experiencia Nº3: Balanza de Marcy

Todos los procesos metalúrgicos de tratamiento de minerales por

Molienda-Flotación, se requiere moler hasta tamaños con la finalidad

de liberar las especies metálicas, para conseguir la máxima

recuperación metalúrgica. Para poder mover este material a través de

todos los procesos que componen una planta de beneficios,

habitualmente secuenciales hacia adelante, pero también con

recirculación, será necesario hacerlo como pulpa, es decir, una

mezcla de mineral finamente molido y agua en proporciones

variables. El control metalúrgico y operacional de la planta requiere

tener un estricto control sobre las toneladas solidas tratadas, agua

utilizada para alcanzar el porcentaje de sólidos.

Figura 5.4. Balanza de Marcy

Procedimiento

o Para calibrar la balanza, debemos llenar el recipiente metálico

con agua limpia hasta aforarlo a 1000cc. Luego colgamos en

recipiente y la aguja de la balanza debe quedar perfectamente

vertical.

o Se llena el recipiente para la pulpa con 10,5 lts de agua limpia.

o Se añaden 7 Kg de material.

o Homogenizamos la pulpa dentro del recipiente mayor

mezclando de manera circular y contra las agujas del reloj.

o Vertimos el recipiente metálico de forma horizontal dentro del

más grande y nuestro ayudante deberá seguir homogenizando

la mezcla de la misma manera.

o Sacamos el recipiente metálico del balde con los orificios

tapados y procedemos a colgarlo en la balanza, la cual nos

marcara una densidad porcentual de un 40 % en 2,8 Kg/Lt.

Estos datos van a representar la lectura de la gravedad

específica de la masa en seco. El 60% restante representara la

densidad porcentual de la pulpa que vendría siendo 2,5 Kg/Lt.

VI. DISCUSION

El método más confiable a nuestro parecer es el de la Balanza de

Marcy, debido a que arroja resultados de menor error: el error esta

determinado únicamente por la sensibilidad de la balanza, que es

mucho menor que el de la probeta por ejemplo.

La desventaja de este método es que aporta un resultado de

densidad relativa, es decir, se requiere de un líquido patrón.

De la misma forma el método de desplazamiento utiliza instrumentos

sensibles, que tampoco son aptos para ser utilizados en planta

concentradora, este método queda desplazado a un segundo lugar

por tener una tasa más elevada de error (5% aprox.).

Por otra parte, en nuestro caso el tener un exceso de fino, no nos

arrojo una dispersión de datos como esperábamos, ya que las

muestras adolecen de mineral de mayor granulometría. Por esta

razón las 4 muestras en la

experiencia de desplazamiento de volumen, nos arrojaron datos

exactamente iguales y sin error alguno.

VII. CONCLUSION

Se pudo reconocer el nivel de precisión y exactitud de cada uno de

los métodos, también se pudo reconocer los errores más comunes

asociados a cada uno de ellos en cuanto a nivel instrumental y

operacional.

Con todo lo anterior, el grupo pudo determinar las fortalezas de cada

método para poder aplicarlo a nivel práctico en la minería productiva.

VIII. APENDICES

a. Formulismo Desplazamiento por Volumen

La densidad se expresa como:

ρmx = Mm/Vf-ViDonde:

Mm: Masa Mineral

Vi: Volumen Inicial

Vf: Volumen Final

Vm-Vt-VAgua

ρmx = Mm/VmDonde:

Vt: Volumen Total

VAgua: Volumen del Agua

Vm: Volumen del Mineral

b. Formulismo Picnometrìa

La densidad se expresa como:

ρmx = M-V/A+M-J-VDonde:

M: Masa picnómetro con mineral

V: Masa picnómetro vacio

A: Masa picnómetro con agua

J: Masa picnómetro con mineral y agua

c. Formulismo Balanza de Marcy

La densidad se expresa como:

ρp = Mp/VpDonde:

Mp: Masa de la Pulpa

Vp: Volumen de la Pulpa

La masa de la pulpa se expresa como:

Mp = MAgua + Mm

Donde:

MAgua: Masa del Agua

Mm: Masa Mineral

El porcentaje que representa la masa del mineral en la masa de la

pulpa se expresa como:

Cp = Mm/Mp x 100

d. Consultas y Preguntas

1. ¿Cuál es el error porcentual obtenido en la medición de cada

sustancia?

Desplazamiento por Volumen: (2,8-2,63/2) * 100 = 8,5% de

error

Picnometrìa: (2.8-2.15/2) * 100 = 32.5% de error

2. ¿Cuáles son las fuentes de error más comunes que pueden

presentarse en la medición de la densidad de un líquido por el

método usado?

Desplazamiento de agua: Tener diferentes instrumentos para

realizar la medida, que distintas personas realicen la

medición puede dar más veracidad a la medición, pero por

otro lado puede causar por defecto el error fundamental en

las mediciones.

Picnómetro: no realizar el paso a paso o realizar mal las

mediciones correspondientes.

Balanza Marcy: no tener el porcentaje exacto de la cantidad

de solido en la pulpa.

3. ¿Cuáles son las fuentes de error más comunes que pueden

presentarse en la medición de la densidad de un sólido por el

método usado?

A) No haber estandarizado la balanza donde se van a pesar

las muestras.

B) Cálculos mal realizados.

C) Temperatura tomada con un termómetro no calibrado.

D) Procedimiento mal hecho.

E) Picnómetro no calibrado.

El método más utilizado y con menos porcentaje de error es el

desplazamiento de volumen, debido a que tenemos de forma

clara todas las mediciones previas para el cálculo de la

densidad propuesta.

4. ¿Que comportamiento encontró en cada caso?

La diferencia en el valor de las densidades fue el

comportamiento más inesperado debido a los distintos

medios con los cuales se realizaron las mediciones, siendo el

mismo material se esperaba una densidad "estándar" pero

por razones de errores se obtuvieron distintas mediciones.

5. ¿Qué diferencias se presentan las graficas de la masa contra el

volumen de ambas sustancias?

6. ¿Qué representa la pendiente de las graficas halladas?

7. En base a los resultados obtenidos por cada sustancia ¿Cuál es

la masa de 1 litro de cada una de ellas?

8. ¿Qué volumen ocupan 1000 Kg de cada una de las sustancias a

las que se les calculo la densidad?

145 gr -> 55 ml desplazados

1.000.000 gr -> x ml

x = 379.310 ml desplazados (379,31 Lt)

9. ¿Qué limitaciones tiene el método que se uso para medir la

densidad del solido?

Las limitaciones tienen que ver con el volumen del mineral, es

decir, el mineral debe tener un diámetro mínimo al diámetro

del instrumento para así medir para que de esta manera

pueda ingresar y sumergirse en su totalidad.

Otra limitación es el peso del material a medir, teniendo en

cuenta que el material debe tener mayor densidad que el

liquido donde se sumerge.

10. A partir de las precisiones de la medición de la masa con

la balanza utilizada y de la medición del volumen con la probeta

¿Cómo se propaga el error en la determinación de la densidad?

¿Cuántas cifras son significativas en el valor de la densidad

obtenida en cada caso?

En el desplazamiento de volumen se realizaron las medidas y

siempre se obtuvo el mismo desplazamiento de agua, dejando

en cifras despreciables o nulas las cifras de error.

11. Compare los resultados para la densidad del agua con los

diferentes miembros del equipo

12. ¿En qué intervalo de densidad se encuentra la densidad

del agua de los miembros del equipo?

En todos los grupos variaba la densidad en 2.5 gr/cc y 2,66

gr/cc

13. ¿Cuál es la ventaja básica del picnómetro en la

determinación de densidades en comparación con la densidad

obtenida con el método de la práctica anterior?

El picnómetro tiene la ventaja de poder trabajar con sólidos

muy pequeños (bajo la malla #60)

IX. BIBLIOGRAFIA

Apuntes de Clases

Química General, Raimund Chang, Sexta Edición

Guía de Caracterización de Partículas y Suspensiones de la

Universidad Arturo Prat de Chile (Preparación Mecánica de

Minerales)