Thermodynamic efficiency of a copper comminution process

Este estudio analiza la eficiencia exergética de una planta minera de cobre de una región central de Chile. El desarrollo del análisis usado fue basado en un molino de bolas en seco de laboratorio y un equipo de compresión uniaxial para obtener el mínimo teórico y práctico para conminución basado en la relación de Hukki-Morrell y en estimaciones de energía mínima de maquinaria. Tradicionalmente, los requerimientos de energía para conminución son establecidas utilizando el índice de trabajo de Bond. Sin embargo, éste no provee un punto de referencia suficientemente apto para calcular eficiencia para conminución de molienda y chancado. Este nuevo trabajo mínimo fue utilizado en primera instancia para analizar la eficiencia para conminución de un molino de bolas de laboratorio a diferentes rpm y tiempos de operación, para luego aplicar el modelo y datos obtenidos para analizar y comparar el proceso a un molino de bolas húmedo y maquinaria de chancado. Un análisis de exergía fue calculado para el molino de bolas en seco de laboratorio considerando una relación combinada de Hukki-Morrell, energía mínima de maquinaria y diferencia de energía de superficie entre rocas grandes y pequeñas.Fue encontrado que el análisis de energía de superficie, aunque sea una representación más cercana de la eficiencia termodinámica, sugiere que mejoramientos imprácticos son posibles para mejorar el proceso. De tal forma, fue concluido que la eficiencia calculada utilizando compresión uniaxial y una relación Hukki y Morrell es una mejor medida para comparar técnicas de conminución y cálculos inerciales de maquinaria para comparar maquinaria del mismo tipo como por ejemplo molinos de bolas. Aunque esto solo para ciertos rangos de tamaño en donde la capacidad de la maquinaria para producir el tamaño de partícula comienza a tomar protagonismo. Además, la eficiencia obtenida de un análisis exergético de un molino de bolas húmedo, en seco y de los equipos de conminución de la planta verifican la utilidad de una relación Hukki-Morrell y sugieren que la eficiencia es del orden de 2.97%, 16.6% y 31.7% respectivamente.Al analizar nuestra maquinaria experimental de laboratorio y la de la planta minera, fue encontrado que la eficiencia inercial de la maquinaria es en promedio de un 21.32% para el molino de bolas en seco del laboratorio, 84.04% para el molino de bolas en húmedo y de un 64.4% en promedio para la maquinaria de conminución de la planta. Además, la mayoría de la energía sale como pérdidas de calor por el sistema de transmisión y, para las chancadoras, por la carcasa y el aceite refrigerante. Uno podría, teóricamente, utilizar este calor de baja temperatura del material para realizar trabajo, aunque incluso esto solo incrementaría la eficiencia a un 3.08%, 19.3% y un 34.8% respectivamente. Adicionalmente en el molino de bolas en seco de laboratorio, mediciones de energía eléctrica y cálculos de maquinaria operando vacío y con carga de bolas sugiere que la eficiencia puede ser incrementada por asegurarse un correcto escalamiento de la maquinaria, carga de bolas y un sistema de transmisión bien mantenido. También, un gráfico fue desarrollado para definir rangos de operación para tamaños de grano constante, energía y eficiencia energética para el molino de bolas en seco de laboratorio.