Finura de molienda y tamaño de grano: por qué el grano manda

Lo que aprenderá en esta guía

La finura de molienda depende del tamaño de grano del mineral valioso, porque la fractura solo libera el mineral cuando las partículas molidas llegan a un tamaño igual o menor que el de sus granos; esa es la condición para el grado de liberación. Esta guía explica la relación entre tamaño de grano y tamaño de partícula, muestra cómo cambia la liberación en minerales reales y da un método paso a paso para fijar la molienda y el circuito. Está pensada para ingenieros de proceso y dueños de planta que deben definir el P80 o el porcentaje pasante de malla 200 a partir del mineral, antes de comparar los tipos de molinos para minería.

Tamaño de grano y tamaño de partícula no son lo mismo

Hay dos tamaños que se confunden a menudo. El tamaño de grano (o tamaño de diseminación) es el tamaño de los cristales del mineral dentro de la roca, tal como se formaron en el yacimiento. El tamaño de partícula es el tamaño de los trozos que salen de la quebradora o del molino, que se reporta como P80 o como % pasante de una malla. La conminución cambia el tamaño de partícula, pero no puede cambiar el tamaño de grano. Por eso la molienda objetivo se encuentra bajando el tamaño de partícula hasta que se acerca lo suficiente al tamaño de grano.

La figura muestra un mineral simulado molido a tres tamaños. En la mayoría de los molinos, las grietas cruzan la roca sin seguir los bordes de grano. Mientras las partículas sean mayores que los granos, casi toda partícula con mineral valioso también lleva ganga. Cuando las partículas son del tamaño del grano, muchas siguen mixtas, porque una grieta casi nunca cae justo en el borde. Solo cuando las partículas son claramente menores que los granos queda libre la mayor parte del mineral. En la simulación, la parte del mineral en partículas libres pasó de 0% a 6% y luego a 58%, al bajar el tamaño de partícula de unas tres veces a un tercio del tamaño de grano.

El modelo clásico de liberación por reducción de tamaño describe lo mismo: la liberación depende del tamaño de grano efectivo, del tamaño de partícula y del contenido del mineral. Una ley baja complica el problema, porque cada grano queda rodeado de más ganga. Por eso dos minerales de dureza parecida pueden pedir moliendas muy distintas, como se explica en trituración y molienda.

Qué muestran los datos: la liberación salta cerca del tamaño de grano

Los datos de liberación por fracción de tamaño muestran un cambio brusco cuando las partículas llegan al rango del tamaño de grano. La tabla da la liberación de la calcopirita en cada fracción de la alimentación a flotación de un pórfido de cobre de baja ley, con su equivalencia en mallas Tyler, como se usa en los términos de granulometría.

Fuente: Markovic, Jankovic y Tomanec (2008), en Referencias y fuentes.

Entre 104 y 208 µm la liberación cambia poco. Luego sube de cerca de 42% a 74% y después a 89% en las dos fracciones siguientes. Ese salto indica el rango en el que las partículas cruzan el tamaño de grano típico de la calcopirita en este mineral. Por debajo de unos 74 µm (malla 200), moler más fino solo agrega unos pocos puntos de liberación, pero cuesta más energía y genera más lamas. Para este mineral, los datos apuntan a una molienda cercana a 75 µm. Una molienda a 150 µm dejaría casi toda la calcopirita en partículas mixtas, sin importar el molino.

En los minerales polimetálicos de plomo, zinc y plata de México el reto es mayor. La galena, la esfalerita y la pirita suelen estar finamente asociadas, y la galena es frágil y se sobremuele antes que las demás. El tamaño de grano de cada sulfuro, y no solo la dureza de la roca, debe guiar la molienda. Para alimentar una flotación, vea la selección de molino de bolas para circuitos de flotación de oro.

Moler de más también cuesta: un caso de oro en Colombia

Una planta de minería de oro a pequeña escala en Nariño, Colombia, muestra el error contrario: moler más fino de lo que pide el grano. La caracterización geometalúrgica de su mineral dio estos datos:

• El 85% de los granos de sulfuros ya estaban liberados por debajo de 600 µm.
• La planta molía a un P80 de unos 150 µm, con 0.3 t/h.
• En concentración gravimétrica, moler a menos de 600 µm dio una recuperación de oro de 69.7%, contra 64.5% al moler a menos de 150 µm. La molienda gruesa necesitó 35 minutos en la prueba; la fina, 95 minutos.
• Los medios y colas se remolieron a un F80 de 75 µm antes de flotar, así que solo esa fracción recibió la molienda fina.
• La simulación del circuito propuesto subió la capacidad de 0.3 a 0.9 t/h, con una recuperación de oro estimada de 75%, frente a 60% del circuito actual.

La lección es directa: una molienda más fina que el tamaño de grano no siempre mejora la recuperación, pero sí limita la capacidad del molino. Moler grueso y remoler solo la parte que lo necesita aprovecha mejor la energía. Para circuitos con remolienda, vea circuito abierto y circuito cerrado.

Por qué la dureza no define la finura

La dureza y la moliendabilidad deciden cuánta energía cuesta una molienda; el tamaño de grano decide qué molienda se necesita. La ecuación de Bond, la herramienta estándar para el dimensionamiento del molino de bolas, separa los dos efectos:

W = 10 × Wi × (1/√P80 − 1/√F80), donde W es la energía específica (kWh/t), Wi es el índice de trabajo de Bond (kWh/t), y P80 y F80 son los tamaños de producto y alimentación en micras.

El índice de trabajo es una propiedad de la roca. El P80 es una decisión, y la mineralogía debe tomarla. Para un mineral ilustrativo con Wi = 14 kWh/t y F80 = 2,000 µm, la energía cambia así:

Cálculo ilustrativo con la ecuación de Bond, no son datos medidos.

De aquí salen dos ideas prácticas. Un mineral duro con grano grueso se puede moler grueso, y un mineral suave con grano fino puede necesitar una molienda fina. Además, como la energía sube rápido al bajar el P80, moler más fino de lo que pide el grano desperdicia potencia en cada hora de operación. Moler grueso pierde metal; moler de más pierde dinero y genera lamas. La carga de bolas para el objetivo elegido se trata en el diseño de granulometría de bolas de acero.

Tipos de diseminación y la estrategia de molienda que piden

El tamaño de grano y su dispersión definen la forma del circuito de molienda, no solo el P80 final. Los rangos de la tabla son orientativos, solo para la discusión; no son una clasificación normalizada, y muchos minerales caen entre dos clases.

Rangos orientativos para la discusión; confirmar con mineralogía y pruebas del mineral real.

La diseminación dispareja es común y es la razón principal de la molienda por etapas. Una primera molienda gruesa libera los granos gruesos y buena parte de la ganga. Estos se separan de inmediato por gravedad, magnetismo o flotación. Solo las partículas mixtas, una masa mucho menor, pasan a una remolienda más fina. Las plantas de hierro aplican la misma idea: retiran del circuito las partículas de hierro libres y la ganga estéril en cuanto se forman, y regresan al molino solo las partículas grandes. En minerales magnéticos, ese descarte temprano lo hace el separador magnético.

La textura: cuando el tamaño de grano no basta

El tamaño de grano es el primer dato, pero la textura (cómo se acomodan y unen los granos) decide qué tan bien predice el grado de liberación. Para minerales binarios se usan cuatro tipos básicos de intercrecimiento:

• Simple: los granos se tocan en bordes lisos, sin ramas. La liberación sigue de cerca el tamaño de grano.
• Recubrimiento (borde): un mineral forma un borde delgado alrededor de otro. El borde es difícil de liberar y suele quedar pegado a la partícula.
• Emulsión (inclusiones): muchos granos pequeños están dispersos en otro mineral. Son mucho más finos que el grano principal y siguen ocluidos tras una molienda normal.
• Stockwork (vetillas): el mineral forma vetillas ramificadas. La fractura suele seguirlas, así que una parte se libera grueso y otra queda ocluida.

Los bordes de grano también cuentan. Si son débiles, las grietas los siguen y el mineral se desprende limpio a un tamaño cercano a su grano, o incluso más grueso. Cuando la textura es compleja, reducir el tamaño no siempre sube la liberación, y la superficie expuesta del grano puede importar más que su liberación total, como en flotación y lixiviación. El comportamiento de cada roca al romperse se describe en tipos de rocas.

Cómo fijar la molienda a partir del tamaño de grano: método práctico

Una molienda objetivo bien sustentada sale de una cadena corta de pruebas, hechas con muestras de cada tipo de mineral del plan de minado. Los pasos llevan de la mineralogía al P80 o al % pasante de malla 200, y luego al molino.

1. Medir el tamaño de grano en núcleos. Con microscopía óptica o mineralogía automatizada (MLA, QEMSCAN), obtener la distribución de tamaño de grano del mineral valioso y sus asociaciones. Anotar el tipo de textura.
2. Moler a tres o cuatro niveles. Moler muestras de laboratorio a varios P80 que encierren el tamaño de grano, por ejemplo desde unas dos veces la mediana del grano hasta cerca de la mitad.
3. Medir la liberación por fracción. Analizar cada malla y ubicar el rango donde la liberación sube con fuerza, como en la tabla anterior.
4. Hacer pruebas de concentración en cada molienda. Flotación, gravimetría o separación magnética muestran la ley y la recuperación de cada nivel. La liberación sola no predice la recuperación.
5. Comparar valor y costo. Con la ecuación de Bond o una prueba de molienda, poner precio a la energía y las bolas de cada paso más fino frente al metal extra que se recupera.
6. Revisar la variabilidad. Repetir con cada tipo de mineral. Si el tamaño de grano varía mucho, diseñar con molienda por etapas o remolienda, en vez de moler fino todo el mineral.

Después, el molino de bolas debe entregar el P80 elegido al tonelaje de diseño. El MQ Molino de Bolas muele por impacto y por deslizamiento y rodadura de los medios, que suben por el revestimiento y luego caen. Se ofrece en versión seca y húmeda, con cascos desde Ф900×1800 mm (18.5 kW) hasta Ф3600×4000 mm (800 kW), más un modelo largo de Ф3000×11000 mm con 1250 kW, así que el molino primario y uno más chico de remolienda pueden elegirse de la misma gama. El riesgo de sobremolienda en la descarga se compara en molino de bolas de rejilla vs de rebose; los datos de cada modelo están en la página del MQ Molino de Bolas.

Preguntas frecuentes

¿El tamaño de grano es lo mismo que el tamaño de liberación?

No. El tamaño de grano describe al mineral dentro de la roca. El tamaño de liberación es el tamaño de partícula al que se alcanza el grado de liberación buscado. Con fractura aleatoria, suele estar en el tamaño de grano o por debajo; si los bordes de grano son débiles, puede ser más grueso. La diferencia se explica en qué es el grado de liberación.

¿Se puede copiar la molienda de otra planta con el mismo mineral?

Solo como punto de partida. Dos minerales de cobre o de oro pueden tener granos y texturas muy distintos. Una molienda copiada puede dejar metal ocluido o gastar energía en sobremolienda.

¿Por qué no moler todo muy fino para ir a la segura?

La energía sube rápido al bajar el P80, la capacidad del molino baja y las partículas muy finas se recuperan peor en flotación y gravimetría. Moler más fino que el grano casi siempre cuesta más de lo que regresa.

¿Cómo bajan el costo de molienda los minerales de grano grueso?

Si los granos son gruesos, gran parte de la ganga se puede descartar después de triturar y cribar, antes del molino. Así llega menos tonelaje a la molienda. Esta opción se revisa en qué es el cribado.

¿Qué molino de bolas conviene para un circuito por etapas?

Los circuitos por etapas suelen combinar un molino primario grande con un molino de remolienda más chico, ambos en circuito cerrado con clasificadores. Los cascos, la potencia y la carga de bolas de cada modelo están en la página del MQ Molino de Bolas.

Referencias y fuentes

Las fuentes siguientes respaldan los datos y principios de esta guía. Para el contexto de toda la cadena de reducción de tamaño, vea qué es la conminución.

1. Markovic, Z. S., Jankovic, A. y Tomanec, R. (2008). Effect of particle size and liberation on flotation of a low grade porphyry copper ore. Journal of Mining and Metallurgy 44A(1), 24–30
2. Molina-Ramírez, E. K. et al. (2021). Geometallurgical methodology to improve the small-scale gold mining process of the Gualconda mine in Nariño – Colombia. Revista UIS Ingenierías 20(1), 143–152
3. U.S. EPA. AP-42, Chapter 11.23: Taconite Ore Processing
4. Wiegel, R. L. (2000). Development of an approach to the simulation of size reduction/mineral liberation for magnetic taconite ore in tumbling mills. University of Minnesota Duluth
5. Pérez-Barnuevo, L., Pirard, E. y Castroviejo, R. (2012). Textural descriptors for multiphasic ore particles. Image Analysis & Stereology 31, 175–184

Lectura relacionada: qué es la flotación.