Trituración y molienda

Resumen de Trituración y molienda: Cap. 15-.

Introducción.
Los términos trituración y molienda normalmente están asociados con el significado de subdividir en mayor o menor cuantía.

Clasificación de la maquinaria de trituración y molienda.
Es extremadamente difícil hacer una clasificación rígida de la maquinaria de trituración, La división de trituradores bastos, trituradores intermedios y molinos finos. Trituradores bastos se definen como aquellos tipos de maquinaria que pueden desarrollarse para tomar, como alimentación, masas tan grandes como se desee. Los molinos de finaos se definen como aquellas máquinas que pueden dar un producto que pase por el tamiz de 2000 mallas. Los trituradores intermedios son aquellas máquinas que ordinariamente no pueden tomar masas grandes como alimentación y no producen un producto que pasa por el tamiz de 200 mallas.
Los diferentes dispositivos pueden clasificarse en los siguientes tipos:
1. Trituradores bastos.
a) Trituradores de mandíbulas (quebrantadores).
i) Blake.
ii) Dodge.
2. Intermedios
a) De rodillos.
b) De disco.
c) De muelas verticales.
d) Desintegradores.
e) De martillos.
3. Molinos finos.
a) Centrífugos.
i) Raymond.
b) De piedras de molino.
c) De rodillos.
d) De bolas y de tubo.
e) Molinos ultrafino.
Las máquinas del tipo de trituradores bastos se utilizan normalmente cuando la alimentación es del orden de 5 cm en diámetro y mayores.

Trituradores (quebrantadores) de mandíbulas.
Hay dos tipos, el de Blake y el de Dodge. El de Blake es el más corriente. Un quebrantador típico Blake esta representado en la fig 15-1. Consiste en una armadura rectangular A, de fundición o acero, en uno de cuyos extremos va la mandíbula estacionaria B, que puede ser vertical o inclinada. Las caras de las mandíbulas normalmente son onduladas para concentrar la presión sobre superficies relativamente pequeñas. Sobre los lados de la armadura lleva dos cajas de muñones C, entre las que gira un eje robusto que lleva en un extremo la rueda D, que sirve tanto de polea como de volante. Otro par de cojinetes E llevan un eje F del que va colgada la mandíbula móvil G con su recubrimiento H que sufre el desgaste. La mayor parte de la longitud del eje entre los cojinetes C va accionada por una leva excéntrica J, en la que va colgada la barra de conexión K. Entre el extremo inferior de esta barra de conexión y el plato G, por un lado, y entre la barra y el soporte fijo L, por otro, hay dos barras articuladas M. Cuando gira el eje principal, la leva J hace que la barra de conexión K oscile en sentido vertical y las barras articuladas trasforman este movimiento vertical de la barra de conexión en un movimiento alternativo de la mandíbula móvil. Puede existir o no un cojinete ajustable, que consiste en dos bloques L y N, que tiene por objeto ajustar la distancia entre las mandíbulas fija y móvil, y de este modo regular el tamaño del producto. La mandíbula móvil se mueve hacia atrás contra la barra articulada por la varilla de conexión P, el muelle Q y el volante de ajuste R.
Si accidentalmente caen en el quebrantador piezas de hierro, podría producirse desperfectos.
El mayor recorrido de la mandíbula móvil se efectúa en el fondo. En el movimiento hacia atrás, el material que ha sido triturado cae libremente, impidiéndose de esta forma que el material fino acumulado alrededor de la alimentación gruesa, pueda amortiguar la trituración. Este es el principal punto de la diferencia entre el tipo Dodge y el Blake.
En el Dodge la mandíbula móvil va colgada en el punto inferior. La tendencia del quebrantador Dodge a obturarse con los finos es una desventaja.



Trituradores giratorios.
Triturador giratorio: A, eje principal; B buje giratorio; C, tuerca de seguridad; D armadura en patas de araza; E, buje fijo; F, cabeza trituradora; G, mandíbulas trituradoras; H, tolva de alimentación; J, cojinete excéntrico; K, engranajes de movimiento; L, piñón de movimiento; M, eje de movimiento.
Es una máquina rotativa en lugar de alternativa, y tiene una capacidad por unidad de área de descarga mayor que el quebrantador alternativo de mandíbulas. Por estas razones el triturador giratorio utiliza mucho para el troceo previo de rocas duras.



Trituradores intermedios.
No admiten una alimentación de gran tamaño o el producto que se obtiene de ellas no pasa por el tamiz de 200 mallas. Los dispositivos varían ampliamente según la clase de materiales para la que son aptos. Algunos pueden admitir una alimentación de hasta 38 a 50mm. Estas máquinas muestran una amplia variedad de construcciones y no es posible decir exactamente las ventajas y desventajas de los diferentes tipos.

Rodillos.
Los rodillos trituradores se han adoptado como el tipo normal que sigue al triturador giratorio.
El rodillo móvil se mueve principalmente por fricción con el material que se tritura.
Triturador de rodillos: (a) alzado; (b) sección; A, bancada; B, cojinete fijo; C, eje de rodillo fijo; D, rodillo fijo; D rodillo móvil; E, polea principal de movimientos; F, cojinete móvil; G, muelle; H, varilla de unión; J, tuerca de ajuste; K, separadores; L, tornillos; M, polea de movimiento del rodillo móvil; N y N, armaduras principales de los rodillos; P, cubierta de los rodillos.



Selección de los trituradores de rodillos.En la figura 15-4, sean A1 y A2 los centros de los dos rodillos, y B una partícula esférica del material, en el momento en que es cogida entre los mismos. Existe una fuerza r que actúa sobre la partícula y que forma un cierto ángulo a con la línea A1 y A2 de los centros. Esta fuerza r puede descomponerse en los dos componentes m y n.
También existe la fuerza t, que tiene a arrastrar la partícula entre los rodillos que depende de la fuerza r y del coeficiente de rozamiento entre el material que se tritura y la superficie del rodillo.
Las fuerza e y m tienen dirección opuestas.
La tangente del ángulo a debe ser menor que el coeficiente de rozamiento.



Trituradores de disco o cono.Son semejantes en principio a los giratorios, pero están modificados para admitir una alimentación y dar un producto más pequeño. Pueden trabajar con el eje principal vertical u horizontalmente.



Fig. 15-6. Trituradores de disco Symons: A, H, platos de molienda; B, cojinete esférico; C, eje hueco; D, polea de movimiento; E, cojinete excéntrico; F, polea de movimiento, del cojinete excéntrico; G, eje macizo. Resulta una acción de molienda muy similar a la de los trituradores giratorios, aunque este dispositivo no esta habilitado para admitir una alimentación tan gruesa como los giratorios. Esta máquina se utiliza únicamente para rocas duras.

Molinos de muelas.
El tipo más antiguo es el Arastra, que consiste en una plataforma circular formada por piedras ásperas y un poste en el centro de ellas. Unos brazos horizontales salen de este poste, a los que van unidas unas pesadas piedras por medio de unas cadenas. Una mula o un buey uncido a un largo brazo hace que el situado sobre el suelo. Este dispositivo primitivo se utilizo ampliamente y esta fuera de uso actualmente, pero varios de los dispositivos más utilizados se han desarrollado a partir de él.
El primero más claro desarrollo fue el mover el eje central con máquina y reemplazar las piedras que se arrastraban por los brazos laterales, por pesadas muelas de molino. Molino chileno, es el Putty Chaser, que realmente es mucho más una máquina de mezclar que un molino. Consiste en una cazoleta estacionaria que tiene varios cientos de kilogramos de carga. En el centro de esta cazoleta hay un eje vertical que gira por medio de un engranaje cónico y piñón. A este eje esta unido otro eje, que lleva montada una pesada muela de acero o granito; que gira libremente alrededor de su propio eje. Al eje vertical va unida cualquier clase de hoja o reja que rasca el material del bode exterior de la plataforma y lo devuelve al camino de la muela.
El triturador de este tipo utilizado con más frecuencia es aquel en que la plataforma gira y el eje horizontal de las muelas es estacionario. Esta máquina es muy utilizada en la industria arcillera, pero poco en las demás. Se conocen corrientemente con el nombre de plataforma seca o plataforma mojada, según que la arcilla se muela sin o con adición de agua. No es apropiada para triturar rocas duras.
El tipo de plataforma seca esta representado en la fig 15-7.
Existe normalmente algún rasgador para arrancar continuamente el material del frente de las muelas según va girando la plataforma.


Fig 15-7. Molino de muelas verticales en seco: A, armaduras; B, yugo; C, eje principal; D, eje; E, rangua; F, artesa; G, anillo de recubrimiento; H, muelas; J, cajas de cojinetes.
La totalidad del fondo de la plataforma puede ser sin taladros, en cuyo caso el aparato funciona en régimen discontinuo, si el espacio entre el anillo G y el anillo exterior esta cubierto por chapas perforadas, el material que llega a tener una figura apropiada pasa a través de estas perforaciones y cae fuera del aparato, y únicamente el material que no llega a ese grado de figura permanece para ser rascado y llevado debajo de las muelas. Este aparato funciona continuamente y puede trabajar en seco o en húmedo.

Desintegrador de jaula de ardilla.
Se denomina desintegrador, debido a que es apto para desintegrar materiales fibrosos que no sean muy duros.
Desintegrador de jaula de arcilla: A, A’, discos giratorios; B, barras desintegradotas; C, C’, poleas de movimiento; D, D’, ejes de movimiento; E, E’, soportes de cojinetes; F’, balanceada.



La fuerza centrifuga impartida por el rápido gira de las jaulas lanza al material de una jaula a otro, y lo subdivide casi completamente por el impacto con las barras de tal manera que es desgarrado o desintegrado antes de alcanzar las carcasas. Se utiliza principalmente en la industria de fertilizantes.

Molinos de martillos.
Operan más por impacto que por presión. El eje se hace girar a alta velocidad y la fuerza centrifuga hace que los martillos salgan hacia fuera de los platos. El material frágil o friable, es golpeado por impacto contra los platos rompedores o contra las barras, se rompe y cae a través del tamiz. Utilizando martillos de diferentes pesos y barras tamizadotas de diferentes secciones rectas, la máquina puede adaptarse a los materiales.
Hay muchos tipos de estos molinos que difieren en detalles de construcción y en la forma de las barras martillos, pero la forma de trabajar de todos los molinos de este tipo es esencialmente la misma.



Molinos de martillos: A, disco giratorio; B, eje; C, martillos; D, platos quebrantadores; E, barras de la criba.
Hay un cierto número de modificaciones de este tipo en los que los martillos son más pequeños y se utiliza un solo anillo de ellos. En estos casos, tanto las barras del tamiz como las superficies de la envuelta actúan como superficies de trituración.

Trituradores de rodillo único.
Depende principalmente del impacto, pero no se clasifica como molino de martillos. El rodillo único esta provisto de ondulaciones o dientes de diferentes tamaños y gira a una velocidad relativamente alta. Su acción es similar a la del molino de martillos, donde se efectúa la trituración por los dientes que llevan al material que hay que moler contra el plato rompedor, moliéndose por impacto más que por presión. Estas máquinas se construyen en una gran variedad de tipos y son muy empleadas para moler carbón.



Molinos finos.
La mayor parte del producto pasa por el tamiz de 200 mallas. Este es el criterio de molino fino, no porque la partícula que pasa por el tamiz de 200 mallas sea más pequeña que se puede producir, sino porque el tamiz de 200 mallas es el tamiz más fino que ordinariamente se emplea para analizar los productos industriales. La producción de un molino fino puede tener que cumplir tales especificaciones.

Molino de muelas de piedra.
El molino de muelas de piedras es probablemente el tipo de molino más antiguo que aun permanece en uso.
Los molinos de muelas se distinguen como de movimiento inferior o superior, no por la situación del mecanismo de movimiento, sino según la inferior o la superior la muela que se mueve.



Molino de muelas de piedras: A, piedra superior; B, banda metálica; C, espárragos; D, piedra inferior; E, soporte de patas de araña; F, eje principal; G, rangua; H, volante de ajuste; J, engranaje de ajuste; K, alimentador.
El material se trabaja gradualmente entre las muelas y sale finalmente por la conexión indicada. Las piedras utilizadas son de una arenisca especial que es encuentra en pocas localidades.
Una característica partículas de las muelas de piedra es el método de tallado de sus caras. Este método de tallado ha permanecido fijo durante años, y su origen es incierto. El uso de los molinos de muelas de piedra para moler granos esta disminuyendo rápidamente, siendo reemplazado por los molinos de rodillos, más modernos.

Molinos de rodillos.
Se utiliza para la molienda de granos en la fabricación de harina. Puesto que este molino tiene una acción cortante en lugar de una acción de trituración o de fricción, puede utilizarse cuando el material ha de reducirse a un tamaño moderadamente fino, pero con el mínimo de finos. Está formado por dos pares de rodillos, y los rodillos de cada par giran el uno hacia el otro. Los rodillos tiene su superficie con ondulaciones, y uno de los rodillos de cada paz gira más rápido que el otro, lo que da origen a una acción de corte en lugar de una de presión que es la que se tiene en los molinos trituradores ordinarios.
Uno de los rodillos de cada par gira en cojinetes fijos.



Molino de rodillos: A, rodillo rápido; B, rodillo lento; C, polea loca; D, eje loco; E, alimentador; F, trinquetes.

Molinos centrífugos.
La moliendo se hace por una o más muelas rotativas que ejercen una presión sobre el material y lo trituran total o parcialmente por molienda fina, el Raymond combina en una sola unidad una máquina de moler y un separador de aire. Las cabezas muelen por acción de laminado en lugar de acción de frotamiento. Todas las partes deben proyectarse muy cuidadosamente para asegurar que todas las superficies sobre las que existe rozamiento están libres de polvo.



Molino de Raymod: A, base fundida; B, manguito vertical; C, eje de movimiento; D, brazo de la armadura; E, eje de la muela; F, eje horizontal; G, muela; H, anillo de molienda; J, aletas; K, envuelta de chapa metálica; L, arados; M, dispositivos de alimetación.
Alrededor de la base, hay una serie de aberturas provistas en su interior de aletas directoras J, y alrededor de estas aberturas va una cubierta ligera de chapa metálica K, en el interior de la que se insufla aire a una presión moderada. Este aire sube a través del molino, eleva el material que tenga la suficiente figura como para quedar suspendido y lo lleva a través de la parte superior de la cubierta al separador de polvos. El material que no ha sido pulverizado cae al fondo, y aquél es tomado por las piezas L, y lanzado nuevamente al anillo de molienda.

Molino de bolas y de tubos.
La distinción entre estos dos tipo es únicamente por la relación entre la longitud y el diámetro. El molino de bolas tiene una longitud igual al diámetro, mientras que el molino de tubo tiene una longitud de aproximadamente dos diámetros o mayor, consisten en un cilindro horizontal que contiene bolas de porcelana. La alimentación se introduce por un extremo y el impacto de las bolas sobre el material produce una final pulverización del mismo.

Molinos de bolas: la fig 15-16 representa un molino de bolas en sección. Esta formado por un cilindro horizontal. El tamiz de descarga es un tamiz de mallas grandes que tiene por objeto retener las bolas, pero no tamizar las partículas que no han sido molidas al tamaño desaseado.
Si el molino gira a mayor velocidad, será mayor el consumo de potencia, pero la figura, para una capacidad dado o la capacidad, para una finura dada, aumentan. También, cuánto más pequeñas sean las bolas, mayor será la finura del producto. Finalmente, cuanto más rápida sea la alimentación del molino más rápida será la descarga que llega al otro extremo y el producto será más grueso. Pueden trabajar tanto en húmedo como en seco.



Molino de bolas: A, envulta; B, caracol de alimentación; C, espiral de alimentación; D, tamiz de descarga; E, embudo de descarga; F, engranaje de movimientos; G, placas de revestimiento.

Molinos de tubo: operan de la misma forma que un molino de bolas, diferenciadose en que su longitud es mucho mayor. En que se cargan con guijarros de pedernal en lugar de con bolas metálicas y en que el tamaño medio de las bolas es menor que en los molinos de estas. Produce un producto más fino, se emplea mucho en la molienda de rocas duras y el clinker de cemento portland trabaja a pequeñas velocidades. Los revestimientos se reemplazan a medida que se desgastan, mientras que la envuelta exterior es permanente.
Una modificación del molino de tubo es el molino de barras, en el que los agentes que efectúan la moliendo, en lugar de ser bolas o guijarros, son barras paralelas al eje de molino.


Molino Hardinge: es cónico, el principio de este molino es que, contiene bolas de diferentes tamaños, debido al desgaste progresivo de las mismas, será ventajoso segregar las bolas de menor tamaño cerca de la salida de la descarga donde dan lugar a la molienda más final. El molino Hardinge efectúa esto haciendo el extremo de descarga cónico, con lo que automáticamente se desplazan las bolas de menor tamaño y can al extremo de descarga cónico, mientras las bolas de mayor tamaño permanecen en la parte cilíndrica del extremo de alimentación.


Molinos ultrafino: hasta 5 micrones o menos. Puede tratar grandes toneladas, pero su compartimiento puede ser muy importante. Estas máquinas algunas veces se denominan molinos coloidales.
La molienda se efectúa por impactos a alta velocidad, y esta alta velocidad se obtiene por chorros de fluido.

Micronizador: A, anillo de alimentación; B, toberas tangenciales de alimentación; C, cámara de molienda; D, dispositivo de aire; E, toberas de aire; F, descarga del aire; G, descarga del producto.

Teoría de la trituración. Ley de Rittinger.
La ley de Rittinger esta basada en la hipótesis de que la energía necesaria para el proceso es proporcional a la superficie cortada.
La ley de Kick: la ley de Kick supone que la energía necesaria para triturar un material es proporcional al logaritmo del cociente entre los diámetros inicia y final. La ley de Kick nunca ha sido eficazmente defendida.
El hecho significativo, sin embargo, es que la relación de la energía consumida en función de la nueva superficie creada, no es lineal cuando la zona de energía consumida es amplia, lo que indica que la ley de Rittinger no es completamente aplicable.

Estado actual de la teoría de molienda.
Trabajos resientes han puesto de manifiesto que ni la teoría de Rittinger ni la de Kick son generalmente validas. Se han efectuado intentos para determinan la superficie real, tanto de la alimentación como del producto. Basados en la absorción de gases por el material. Los diferentes métodos dan resultados muy diferentes. La superficie de las fracciones de cuarzo cuando se mide por absorción de gases es aproximadamente el doble de la medida por permeabilidad, pero para la hematites, el método de absorción gaseosa da sesenta y dos veces la superficie obtenida por el método de permeabilidad
Basados en algunos de estos métodos se han hecho intentos para calcular la eficacia de los molinos. Comparando la cantidad de energía necesaria por unidad de superficie nueva producida en las pruebas de molino con la energía superficial teórica calculada por consideraciones termodinámicas.
Bond ha propuesto una ecuación que establece que la potencia consumida es proporcional a la raíz cuadrada del tamaño del producto. Eso esta basado en un numero muy grande de pruebas y parece que tiene bastante validez, aunque aun no se ha confirmado.

Operaciones de la trituración. Alimentación.
Sigan o no la trituración y la molienda las leyes de Rittinger o de Kick, se consume mucha potencia en la molienda de las partículas más final. Para asegurar un mínimo de finos en el producto, es de desear en general que la alimentación de cualquier dispositivo de molienda se limite de forma que el producto caiga libremente de la superficie trituradora y que no existan indebidos apelmazamientos sobre la superficie o relleno de material fino alrededor de las partículas gruesas. Esto se conoce con el nombre de trituración libre y lo opuesto como alimentación obstruida. En la práctica, es desear evitar esta última.
Una máquina de molienda puede trabajar con una corriente de agua o de solución fluyendo sobre el material que se ha de moler. El objeto de esto es transportar las partículas finales y dejar únicamente las gruesas para que actúen sobre ellas las superficies trituradoras.

Molienda en circuito cerrado.
Este término se emplea para indicar la conexión de un triturador o un molino con alguno de los dispositivos para efectuar una separación por tamaños, de forma que el producto total que sale de la máquina de moler va a parar a una unidad de separación por tamaños. La parte de menor tamaño es el producto y la de mayor tamaño se devuelve para ser nuevamente molida.
La molienda en circuito cerrado se efectúa con frecuencia por una corriente de líquido que circula a través de la unidad de molido, combinando la unidad de molienda con cualquier de los dispositivos de separación de tamaño en húmedo. Una de las aplicaciones más comunes de este sistema es con los molinos de bolas o molinos de tubo que trabajan en húmedo.