Manual de Entrenamiento en Concentración de Minerales V

Servicio Nacional de Geología y Técnico de Minas - SERGEOTECMINProyecto “Capacitación de Mineros en Escuela Minera de Chiripujio”

Edgar B. Alcalá Cruz – Alfredo Flores Corrales – Arturo Beltrán Alfonso

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MANUAL DE ENTRENAMIENTO ENCONCENTRACIÓN DE MINERALES

SECCIÓN V CONCENTRACIÓN GRAVIMÉTRICA

1. GENERALIDADES

Los métodos de separación gravimétrica se usan para tratar una gran variedad de minerales,que varían desde los sulfuros pesados como la galena (peso específico 7,5) hasta el carbón(p.e. 1,3), y tamaños de partículas en algunos casos por debajo de 50 m.

Este método declinó en importancia en la primera mitad del siglo pasado debido al desarrollode los procesos de flotación, los cuales posibilitaron la concentración selectiva de complejosde baja ley, tal el caso de minerales como los de Bolívar, Porco, etc. Sin embargo, éste semantuvo como el principal método de concentración de minerales de hierro, tungsteno yestaño. Aunque se han desarrollado técnicas de flotación para la casiterita en las últimasdécadas. Sin embargo, a lrededor del 85 % del estaño en el mundo se lo produce por mediosgravimétricos. Los métodos gravimétricos son preferidos, pues los costos de operación sonmenores. Los minerales que pueden ser liberados en tamaños sobre el rango normal requeridopara la flotación pueden ser concentrados en forma más económica por métodosgravimétricos.

En años recientes, muchas empresas han reevaluado el sistema gravimétrico debido alincremento en los costos de los reactivos usados en la flotación, la relativa sencillez de losprocesos gravimétricos, y el hecho de que comparativamente éste produce menos polución.Técnicas Modernas en gravimetría han demostrado ser eficientes para partículas de mineral enel rango de 50 – 10 m y asociadas a tecnologías mejoradas de bombeo e instrumentación, hansido implementadas en plantas de gran capacidad. En muchos casos una alta proporción de losminerales de un cuerpo mineralizado pueden ser pre concentrados a un menor costo y másecológicamente; las cantidades de reactivos y diesel pueden ser disminuidos notablementecuando los métodos más caros son procesados mediante métodos gravimétricos.

La separación gravimétrica de material grueso tan pronto se alcanzó la liberación puede tenersignificativas ventajas para su tratamiento en etapas siguientes, debido a la disminución delárea, mejor desagüe, y la ausencia de químicos adheridos que pueden dificultar procesosposteriores.



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2. PRINCIPIOS DE LA CONCENTRACIÓN GRAVIMÉTRICA

La separación gravimétrica es tan antigua como el tiempo. Diferencias de temperatura hanquebrado grandes masas de roca y el viento y el agua han actuado sobre ellos como medios detransporte y separación, transportando el material quebrado a zonas más bajas. Las partículasmás pesadas por densidad o tamaño se han ido depositando primero en fosas y huecosnaturales. Las partículas más livianas por peso específico o tamaño han sido transportadas adistancias más alejadas de su origen y depositadas en zonas planas. Acumulaciones deminerales pesados como el oro, platino, casiterita, magnetita, ilmenita y diamantes, formadasde esta manera se denominan placeres o yacimiento secundarios. Tal el caso de losyacimientos de oro de Tipuani, Teoponte y de casiterita del cañadón Antequera en Oruro y delrío de Tarapaya en Potosí.

Las plantas de concentración gravimétrica tienen dos propósitos:

Un ejemplo del primer caso es la clasificación de la descarga de un molino a bolas para tenerun producto final y del segundo caso la separación por medio de líquidos pesados dediferentes minerales. En una planta de concentración los medios de separación pueden ser aire,agua o líquidos pesados como la solución concentrada de CaCl2, ferro silicio (FeSi), etc.

La concentración gravimétrica separa minerales de diferentes densidades debido a unmovimiento relativo debido a la gravedad y otras fuerzas, como la que ofrece al movimientode un cuerpo un fluido viscoso, como el agua, aire, etc.

Para una separación efectiva es esencial que exista una marcada diferencia de densidades entreel mineral y la caja. Una idea del tipo de separación posible puede obtenerse de la relación:

Dh - Df Dl - Df

Donde Dh es el peso específico del mineral pesado, Dl es e l peso específico del mineralliviano, y Df es el peso específico del medio fluido.

En términos generales, cuando el cociente es mayor que 2,5, ya sea positivo o negativo, laseparación gravimétrica es fácil. Cuando este valor va decreciendo, la eficiencia de laseparación también decrece, y por debajo de 1,25 la separación gravimétrica ya no es factibleeconómicamente.1

1 Mineral ProcessingTechnology – B.A. W illis, BSc, PhD, CEng, MIMM

v Separación de acuerdo a una clasificación por tamaños,minerales de la misma densidad (clasificación)

v Separación de acuerdo a diferentes densidades de minerales deaproximadamente el mismo rango de tamaño (concentración)



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El movimiento de una partícula en un fluido no depende solamente de su peso específico, sinotambién de su tamaño; partículas grandes son más afectadas que las partículas pequeñas. Laeficiencia del proceso consiguientemente se incrementa con el tamaño de las partículas.Partículas que son muy pequeñas y su movimiento está dominado principalmente por lafricción superficial responden deficientemente a este método de separación. En la práctica, uncontrol estricto del tamaño de la alimentación es importante para reducir el efecto del tamañoy hacer que el movimiento relativo sea más dependiente de la gravedad.

3. SEPARADORES GRAVIMÉTRICOS

Muchas Máquinas han sido diseñadas y construidas en el pasado para la separación porgravedad. Muchas de esas técnicas son ahora obsoletas en países avanzados, sin embargo ennuestro país seguimos usando muchas de ellas por las condiciones económicas de la mineríaen general y de la cooperativizada y chica en particular.

Una clasificación de los separadores por gravedad más comúnmente usados, basados en eltamaño de las partículas de la alimentación, se puede ver en la figura 1.

La separación por medios pesados (HMS) es ampliamente usada para pre-concentrar materialtriturado antes de ingresar a la molienda, como el que fue usado en la planta depreconcentración de mina Caracoles y en Kellhuani.

Para tener una operación de separación por gravedad eficiente es importante prepararcuidadosamente la alimentación. La molienda es particularmente importante para lograr quelas partículas sean lo más gruesas posible con una adecuada liberación; una remolienda de lassegundas es necesaria en la mayoría de las operaciones. La molienda primaria se la realiza, encircuito cerrado, con molinos a barras, pero si se requiere molienda más fina se usa un molinoa bolas en circuito cerrado, con cernidor o hidrociclón con el objeto de reducir la sobremolienda.

PARA TENER UNA OPERACIÓN GRAVIMÉTRICA EFICENTE ESIMPORTSANTE PREPARAR LA ALIMENTACIÓN ADECUADAMENTE.

Los separadores por gravedad son muy sensibles a la presencia de lamas, lo cual incrementa laviscosidad de la pulpa y por tanto reduce la claridad de separación y el punto de corte.

La alimentación a jigs, conos, y espirales debe ser, en lo posible, cernido antes de realizar laseparación, cada fracción debe ser tratada separadamente. Para la separación en mesasconcentradoras es importante que ésta este precedido de una buena clasificación hidráulica.



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Fig. Nº 1.Rango efectivo de aplicación de técnicas convencionales para el procesamiento de minerales

LA ALIMENTACIÓN ANTES DE INGRESAR A LOS EQUIPOSGRAVIMÉTRICOS DEBE SER ADECUADAMENTE CLASIFICADA

Aunque la mayor parte de las pulpas son trasportadas con ayuda de bombas centrífugas ycañerías, donde sea posible se debe aprovechar el flujo natural por gravedad; muchos de losantiguos ingenios, como el de Molinos en Caracoles o el de Hornuni en Colquiri, estánconstruidos en las laderas de los cerros, justamente para aprovechar el flujo de las pulpas porgravedad. Reducir al mínimo el bombeo de pulpas no solamente reduce el consumo deenergía, sino que reduce también la producción de lamas en el circuito.

LOS PROCESOS GRAVIMÉTRICOS SON MUY SENSIBLES A LAPRESENCIA DE LAMAS. CONSIGUIENTEMENTE SE DEBE EVITAR EN

LO POSIBLE LA GENERACIÓN DE FINOS (LAMAS)

Uno de los aspectos más importantes en las operaciones de separación por gravedad es elcorrecto balance de agua en la planta. Casi todos los concentradores por gravedad tienen unadensidad de pulpa adecuada, una desviación de esta densidad causa una rápida declinación dela eficiencia. Consiguientemente, un buen control de la densidad de la pulpa es muyimportante. En algunas empresas grandes este control es automático, tal el caso de losingenios de COMSUR, en Porco, Colquiri, Bolívar, etc.

Tamaño de partícula de la alimentación

-Clasificación en cribas (húmedo)-Clasificación de corriente-Hidrociclones-Tambores SAF-Ciclones SAF-Jigs-Mesas (hidráulicas)-Espirales-Conos-Canaletas hidráulicas-Mesas de vuelco-Mesas Mozley-Separación magnética mojada BI-Separación magnética mojada AI-Separación magnética con matriz-Flotación de aglomeración-Flotación de espuma-Clasificación en cribas (seca)-Ciclones neumáticos-Mesas neumáticas-Separadores magnéticos secos BI-Separadores magnéticos secos AI-Concentración electrostática-Concentración electrodinámica



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El control de la densidad de pulpa puede ser hecho con el uso de los conos espesadores quepreceden al proceso de separación por gravedad. Estos espesan la pulpa, pero el rebalse(overflow) con frecuencia contiene sólidos, y puede ser dirigido a una fosa o espesador. Paraun incremento substancial en la densidad de la pulpa se pueden usar hidrociclones oespesadores. Los últimos son los más caros.

El concentrado final del proceso de separación por gravimetría necesita a veces una limpiezapor medio de magnetos, lixiviación, u otro método para limpiar contaminantes.

4. JIGS

4.1 ASPECTOS GENERALES

La separación por medio de jigs es uno de los métodos de concentración gravimétrica másantigua. El jig es normalmente usado para concentrar material relativamente grueso y, si elmaterial de alimentación es relativamente uniforme, entre 3 – 10 mm, no es difícil lograr unabuena separación de minerales con un rango de pesos específicos estrecho en la alimentación(por ejemplo fluorita, p.e. 3,2, del cuarzo, p.e. 2.7) y si la diferencia de pesos específicos esmayor la separación será mejor.

Muchos circuitos grandes de jigs siguen trabajando en operaciones de carbón, casiterita,tungsteno, oro, baritina y hierro. Como ejemplo podemos mencionar el uso de jig tipo Pan-american en las dragas de Teoponte (South American Placers), los jigs tipo Yuba en la dragade Estalsa en el cañadón Antequera. Actualmente estas dragas están paradas.

En los jigs la separación de minerales de diferentes pesos específicos se logra en una cama, lacual recibe un flujo de agua por pulsación de tal manera que en ella se forman estratos demineral. El objetivo de la pulsación es aflojar el material de la cama de tal manera que laspartículas grandes y de mayor peso específico caigan primero hasta el cedazo y puedan pasarpor sus perforaciones los de menor tamaño que ellas y los de mayor tamaño se queden sobre elmismo formando parte de la cama.

Debido al golpe (strocke) la cama se levanta normalmente en masa, luego tan pronto comienzala succión ésta tiende a aflojarse, las partículas de la parte inferior caen primero mientras lacama completa este suelta. Al final de la succión del golpe la cama se cierra nuevamente yesto se repite para cada golpe, la frecuencia normalmente varía entre 55 – 330 golpes porminuto. Las partículas finas tienden a pasar por los intersticios de las partículas grandes que sehan estabilizado sobre el cedazo. El movimiento pulsante puede obtenerse usando un jig decedazo fijo, y pulsar el agua, o empleando un cedazo móvil, como en los jigs manuales omaritates (Fig. 2). El agua puede pulsarse de diferentes maneras, así en los jigs tipo Yuba,usados en las dragas, el agua se mueve gracias a un mecanismo que trasmite un movimientohorizontal a un diafragma de goma, una situación simular se presenta en los jigs tipo Pan-American, usadas también en dragas (Fig. 3)

El largo del golpe en los jigs tipo Pan-American puede ajustarse entre ¼” y 1-½”. Para cadaoperación en particular el largo del golpe debe determinarse empíricamente. En general sepuede indicar que para alimentación gruesa y pesada el golpe tiene que ser largo. La velocidad



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de los golpes varía de 50 a 60 golpes por minuto en carbón y unos 380 golpes por minuto enoro. Se ha visto que es apropiada una velocidad de 125 rpm para estaño.

Fig. Nº 2. J ig manual

Fig. Nº 3. Jig hidráu lico pulsante (Pan A merican Pu lsador)

a) Maquina hidráulica, b) Pulsador1) Cajón de asentamiento, 2) Embudo, 3) Pulsador4) Conducto de agua, 5) Resorte, 6) Membrana7) Válvula, 8) Dispositivo de asentamiento,9) Ext racción de concentrado

Movimientodel cajón de

mineral Cajón demineral

Agua

Partículaspesadas

Cedazo delJig

Partículaslivianas

1

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5

4

8

5

6

7

a) b)



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4.2 TIPOS DE JISGS

Un jig consta de un tanque abierto lleno de agua, con un cedazo horizontal en la partesuperior, y provisto de un grifo en la parte inferior del cajón (hutch), para remover elconcentrado (Fig. 4). La cama consiste de capas de material grueso, partículas pesadas, o camaartificial (granalla), colocada sobre el cedazo y sobre el cual escurre la pulpa. La alimentacióncruza la cama y la separación se realiza en ella de tal manera que los granos con pesoespecífico alto penetran a través de la cama y el cedazo y se depositan en el cajón comoconcentrado, mientras que los granos livianos son arrastrados por la corriente de agua hacialas colas.

4.2.1 JIG DE HARZ

Uno de los jigs más antiguos es el jig de Harz (Fig. 5), en el cual un embolo se mueveverticalmente arriba y abajo en un compartimiento separado. Tiene hasta cuatrocompartimientos en serie. Un concentrado de alta ley se concentra en el primercompartimiento, concentrados de menor ley se van produciendo sucesivamente en los otroscompartimientos, el último compartimiento descarta un rebalse (overflow) a las colas.

Fig. Nº 4. Construcción básica de un jig.

Alimentación

Rebalsede colas

Cedazo del jig

Agua

Cajón de jig

Descarga delconcentrado

(Spigot)

Agua



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Fig. Nº 5. Jig Harz

4.2.2 JIG DENVER

El jig Denver se usa ampliamente, especialmente para separar minerales pesados en loscircuitos de molienda cerrados, para evitar la sobre molienda. La válvula rotativa para elsuministro de agua puede ser regulada para abrir en el lugar del ciclo deseado, lasincronización entre la válvula y el émbolo se logra por medio de una correa en “V” de goma.Mediante un apropiado ajuste de la válvula, cualquier variación deseada puede ser alcanzada,desde la completa neutralización del golpe de succión con agua hasta un balance completoentre succión y pulsación (Fig. 6).

5. CANALETAS

5.1 CANALETAS EN FORMA DE ABANICO

Canaletas de muchos tipos han sido usadas desde hace siglos para la separación de mineralespesados. En su forma más simple, es una canaleta inclinada de cerca de 1 m de largo, que seva estrechando desde 200 mm de ancho en la parte de ingreso de la carga hasta 25 mm en laparte de la descarga (Fig. 7). La pulpa con 50 a 65% de sólidos entra suavemente y se vaestratificando al bajar por la canaleta, en la descarga el estrato se separa por medio decanaletas separadoras.

Ingresode agua

Alimentación

Productoliviano

SECCIONLONGITUDINALSECCION

TRANSVERSAL

Productopesado

EmboloCedazo Cajón



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Fig. Nº 6. Jig Denver

Concentrado

Llave depaso del cajón

Llave depaso del

cajón

Concentrado

Golpeabajo

Golpearriba

Válvulacerrada

Válvulaabierta

Válvula cerradaEl agua no ingresa

Válvula abiertaEl agua ingresa al

cajón del jig

El diafragmase desplazahacia abajo

Cama del jigabierta

El diafragmase desplazahacia abajo

Asentamientoretardado de

la cama



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Fig. Nº 7. Canaleta de abanico.

5.2 CANALETA PARA CONCENTRACIÓN

Son canaletas corrientes, champa lavador, canalón prefabricado, mesas rayadas, canoa. Lainclinación de la canaleta según la forma de operación y tamaño de grano de la alimentación: 2– 8º para preconcentración de alimentación de minerales pesados; alrededor de 14,8º para postlavado de concentrados clasificados con estrecho rango de tamaño de grano en ritmo detrabajo intermitente en Bolivia. Las canaletas pueden ser de 2 m de largo por 0,5 m de anchopor 0.5 m de profundidad. En Tailandia pueden ser más largas. Los champa lavadores soncanaletas con piso de plantas de bofedales y que aumentan la capacidad de adhesión en el piso.También se usan las trancas en las canaletas, las cuales tienen diferentes secciones y cambianla velocidad del flujo de la pulpa, las partes livianas pasan y las partes pesadas se depositantras las trancas y de esta manera se logra la concentración.

Los diferentes tipos de trancas podemos apreciar en la figura Nº 8. Las canaletas pueden sertambién simples quebradas en el mismo yacimiento por el que circula agua y el operador seencarga de remover la carga logrando lavar la misma y concentrarla. En el cerro de Potosí esuna práctica frecuente.

Sección longitudinal

Vista de planta

Cortadores

15º



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Fig. Nº 8. Tipos de rifles de las canaletas.

6. CONOS

El cono Reichert (Fig. 9), es un dispositivo de concentración por gravedad en húmedodiseñado para instalaciones de gran capacidad. Su principio de operación es el mismo que elde las canaletas descritas anteriormente, pero el flujo no está restringida o influenciada por lasparedes laterales.

Una unidad industrial consta de varios conos instalados uno sobre otro que conducen a unamejor recuperación. Estos conos se fabrican en fibra vidrio y vienen en estructuras de 6 m dealto. Los conos tienen un diámetro de 2 m y no se mueven. Un corte transversal del conoReichert podemos ver en la figura Nº 10.

Rifles cuadrados

Rifles redondostransversales

Rifles redondoslongitudinales

Trampas de piedra



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Fig. Nº 9. Cono Reichert

Fig. Nº 10. Corte transversal del cono Reitcher

Alimentación

DistribuidorBase adaptadora universal

Cono doble

Cono simple

Inserto pre calibradoBandeja de concentración

Anillo de recoleccióndel concentrado

ensanchadorcolas

Tubo de colas

colas

Colas concentrado colas



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7. ESPIRALES

Los concentradores a espiral han encontrado muchas aplicaciones. Actualmente se está usandoen el ingenio de Huanuni con buenos resultados.

Los concentradores a espiral Humphreys se usa desde 1943. Tiene una forma semicircular. Lapulpa debe ingresar con un 15 a 45% de sólidos y un tamaño entre 3 mm y 75 m en la partesuperior del equipo (Fig. 11). En la figura Nº 12 podemos ver un corte de este equipo.

Fig. Nº 11. Concentrador a Espiral Humphreys.



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Fig. Nº 12. Sección transversal de una Espiral.

8. MESAS CONCENTRADORAS

Cuando una película de agua fluye sobre una superficie plana inclinada el agua pegada a lasuperficie es frenada por la fricción del agua absorbida por la superficie; la velocidad seincrementa hacia la superficie libre del agua. Si se introducen partículas de mineral en lapelícula, las partículas pequeñas no se moverán tan rápido como las más grandes, ya que ellosse sumergirán en la porción de la capa de agua que se mueve lentamente. Partículas de mayorpeso específico se moverán más lentamente que las partículas livianas, de esta manera seproduce un movimiento lateral de estas partículas (Fig. 13).

Fig. Nº 13. Movimiento en un flujo laminar.

Dirección del Flujo

Superficie sólida

Incrementode la

velocidaddel agua

Partículas de alta densidad

Particulasde baja densidad



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La separación en flujo laminar efectivamente separa partículas livianas y gruesas de laspartículas pequeñas y densas.

La separación en flujo laminar de agua es usada ampliamente en las mesas concentradoras, lascuales son quizás los equipos más eficientes de la concentración gravimétrica, s iendo usadasampliamente para tratar partículas pequeñas en pulpas difíciles, y para producir concentradosfinales de los productos de otros sistemas de concentración gravimétrica.

La mesa es una superficie plana ligeramente inclinada A (Fig. 14) a la cual llega la pulpa conun 25 % de sólidos en peso por medio de un cajón alimentador y es distribuida a lo largo de C;el agua de limpieza es suministrada a lo largo de la canaleta D. La mesa vibralongitudinalmente, por medio del mecanismo B, usando una carrera adelante lento y unretorno rápido, e l cual hace que las partículas de mineral se arrastre lentamente a lo largo de lamesa y paralela a la dirección de su movimiento.

Fig. Nº 14 Mesa vibradora.

De esta manera los minerales están sujetos a dos fuerzas, aquella debido al movimiento de lamesa y la otra, perpendicular a aquella, debido al movimiento de la capa de agua. El efectoneto es que las partículas de mineral se mueven diagonalmente a través del tablero desde ladescarga de la alimentación y, como el efecto del flujo de la capa de agua depende del tamañoy densidad de las partículas, ellos se abanican sobre la mesa, las más pequeñas, y densas setrasladan al extremo de la canaleta de concentrados, mientras que las partículas grandes ylivianas son lavadas hacia las canaletas de colas. La figura Nº 15 nos muestra un diagramaidealizado de la distribución de los productos. Un separador móvil es necesario en la recepciónde los concentrados para poder separar los concentrados de alta ley de los mixtos. Aunqueciertamente la concentración en una película de agua requiere una sola capa de alimentación,en la práctica se introducen varias capas del material a concentrarse, permitiendo concentrarmás tonelaje. Debido al movimiento vibratorio de la mesa se forman estratos verticales detrás



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de los rifles (Fig. 16), los cuales están generalmente colocados paralelamente al eje largo de lamesa. Capas de partículas se mueven a través de los rifles por la acción de arrastre de laalimentación nueva y por el flujo de la película del agua de limpieza. La concentración final selleva a efecto en la parte final de la mesa sin rifles, donde la capa de material tiene unaprofundidad de una o dos partículas.

Muchos factores influyen en la concentración en una mesa, como la forma de la partícula y eltipo de tablero. Partículas planas, como la mica, livianas, no cruzan fácilmente a través de lamesa con la película de agua, este tipo de partículas se adhieren al tablero y son trasladadas allado de los concentrados.

Los tableros de las mesas generalmente son construidos en madera, forrados con materialesresistentes a la fricción, tales como linóleo, goma, y plásticos.

Fig. Nº 15. Distribución de los productos de una mesa

Alimentación

Agua de lavado

Minerales de baja densidadMediosMinerales de alta densidad



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Fig. Nº 16. Estratificación vertical entre rifles

También se usan tableros hechos de fibra de vidrio los cuales son más caros pero sonextremadamente resistentes al desgaste. Los rifles en estas mesas son parte de la moldura.

El tamaño de las partículas juega un papel importante para la separación en las mesas; tanpronto el tamaño de éstas aumenta, la eficiencia de separación decrece. Si la alimentación auna mesa tiene un amplio rango de tamaños, algunos tamaños serán limpiadosineficientemente.

Ya que las mesas separan partículas gruesas livianas de las finas y densas, es una prácticacomún clasificar la alimentación, ya que los clasificadores ponen tales partículas en un mismoproducto en base a un mismo rango de sedimentación (Fig. 17).

Fig. Nº 17. Flujograma típico de mesas concentradoras

Agua

Rifle

Plataforma

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