miniatura|dereita|Un método de trituración de minerais. En metalurxia extractiva, o procesamento de minerais ou enxeñaría de minerais, é o proceso de separar os minerais comercialmente valiosos das súas menas.
Historia miniatura|dereita|Antiga roda de muíño de tipo batán en Cornualla para machucar minerais. Antes de que se empezase a utiliza r a maquinaria pesada a mena rompíase con martelos usados a man. Axiña empezarían a usarse medios mecánicos; por exemplo, en Samrcanda utilizábanse para isto unha especie de muíños de batán xa no ano 973. Tamén se utilizaban na Persia medieval e no século XI estaban estendidos por todo o mundo islámico, desde Al-Andalus a Asia Central.Adam Robert Lucas (2005), "Industrial Milling in the Ancient and Medieval Worlds: A Survey of the Evidence for an Industrial Revolution in Medieval Europe", Technology and Culture 46 (1): 1-30 [10-1 & 27] Un exemplo posterior son os de Cornualla que se ven na foto, que consistían nunha serie de mazas de ferro montadas sobre un marco vertical, que eran elevados por levas do eixe dunha roda de muíño de río, que caían por gravidade e batían no mineral.
Este simple método de separar a mena da ganga consistía en separar e recoller os cristais de cada unha delas. Este é un proceso moi tedioso, especialmente cando as partículas son pequenas. Outro método comparativamente simple baséase en que os minerais teñen diferentes densidades, o que fai que se recollan en diferentes sitios ao seren arrastrados por unha corrente de auga: os minerais metálicos, como son máis pesados, sairán da suspensión antes que os máis lixeiros, que serán levados máis lonxe pola corrente. Este proceso utilizouse, por exemplo, nas explotacións de ouro. Posteriormente, inventáronse máquinas máis avanzadas como a Frue vanner, inventada en 1874, na que o mineral pasaba por unha cinta na que se facía pasar por chorros de auga e se daban sacudidas laterais, que separaban os minerais pesados. A este seguiron outras melloras como unha especie de artesa utilizada con algunhas máquinas para procesar minerais ou tubos longos utilizados para a sedimentación diferencial.
Operacións No procesamento de minerais realízanse catro tipos de operacións: trituración (redúcese o tamaño das partículas); separación por tamaños (separación por tamaños por cribado ou clasificación); concentración (na que se aproveitan as propiedades físicas ou químicas do mineral); e eliminación da auga (separación dos sólidos dos líquidos). En todos estes procesos, as consideracións máis importantes son as económicas e isto depende da concentración e recuperación do produto final. Debe considerarse a mineraloxía da mena, xa que esta dita a cantidade de liberación requirida e os procesos que poden ter lugar. Canto máis pequenas son as partículas, maior é a concentración e recuperación teórica do produto final, pero isto xeralmente é difícil de facer con partículas finas, xa que impiden certos procesos de concentración.
Trituración Na trituración redúcese o tamaño das partículas dos materiais. Pode levarse a cabo con materiais secos ou lodos. Os principais procesos son o machucamento e o moído. O machucamento faise normalmente a medida que o material se extrae da mina antes de ningún outro tratamento, mentres que o moído (normalmente precedido do machucamento) pode facerse con materiais secos ou lodos. A redución do tamaño das partículas débese á acción de tres tipos de forzas: compresión, impacto e abrasión. As forzas de compresión e impacto úsanse amplamente nas operacións de machucado, mentres que as de abrasión (ou atrición) son as forzas dominantes ao moer. Os equipamentos principais utilizados no machucamento son machucadores de mandíbula (ver), xiratorios, ou de cono, mentres que os muíños ou trituradoras de rolo ou de bóla, circuítos pechados con unidade clasificadora, son os que xeralmente se empregan para moer minerais. O machucado é un proceso seco mentres que o moído xeralmente se realiza con material húmido e, por tanto, gasta máis enerxía.
Separación por tamaños miniatura|Sizer 2000 para o cribado basto de pequenas partículas. As partículas sepáranse segundo os seus tamaños. O proceso máis simple para facelo é o cribado, na que partículas de pequenos tamaños pasan a través dunha ou varias cribas. O equipamento pode consistir en grellas de barras de ferro que permiten que atravesen as partículas do tamaño correcto, e reteñen as meirandes.Un exemplo destes sistemas é o DEROCKER (RMS-Ross Corporation) cribas de barras, cribas de arame en cuña, cribas radiais, cribas banana, cribas de plataforma múltiple, cribas vibratorias, cribas finas, cribas flip flop e cribas de mallas de arame. As cribas poden ser estáticas (típicas para materiais moi bastos), ou poden incorporar mecanismos para abanear ou facer vibrar a criba. Algunhas consideracións que hai que ter en conta neste proceso son o material da criba, a apertura de malla, forma e orientación, a cantidade de partículas case do tamaño requirido, a adición de auga, a amplitude e frecuencia das vibracións, o ángulo de inclinación, a presenza de materiais perigosos como aceiro ou madeira, e a distribución por tamño das partículas.
A clasificación consiste nas operacións de separación por tamaños que aproveitan as diferenzas nas velocidades de sedimentación das partículas de diferente tamaño. O equipamento de clasificación pode incluír clasificadores de mena, ciclóns de gas, hidrociclóns, tambores rotatorios, clasificadores de angazo ou clasificadores fluidizados.
Un importante factor tanto para a trituración coma para a separación por tamaños é determinar a distribución por tamños das partículas dos materiais que estaban sendo procesados, normalmente chamada análise do tamaño das partículas. Utilízanse moitas técnicas para analizar o tamaño das partículas, como análises "fóra da liña" (na que se extrae unha mostra para analizar) ou "en liña" (na que se anliza o material conforme flúe a través do proceso).
Concentración Hai varias maneiras de incrementar a concentración dos minerais procurados: nun caso particular o método elixido dependerá das propiedades químicas superficiais e físicas relativas do mineral aproveitable e da ganga. A concentración defínese como o número de moles de soluto nun volume de disolución, pero no caso da concentración no procesamento de minerais significa o incremento da porcentaxe do mineral valioso no concentrado.
Concentración por gravidade A separación por gravidade é a separación de dous ou máis minerais de diferente gravidade específica polo seu movemento relativo en resposta á forza da gravidade e outras forzas (centrífuga, magnética), un dos cales é resistente ao movemento (forza de arrastre) por un medio viscoso como un medio pesado ou auga.
A separación por gravidade é unha das técnicas máis vellas no procesamento de minerais, pero o seu uso foi declinando desde que se introduciron outros métodos como os de flotación, clasificación, separación magnética e filtrado. A separación por gravidade xa se realizaba no ano 3000 a. C. cando os exipcios a utilizaban para separar o ouro.
É necesario determinar a adecuación do proceso de concentración por gravidade antes de empregalo para a concentración dunha mena. Para este propósito, utilízase comunmente un criterio chamado criterio de concentración. Defínese así:
Criterio de concentración (CC)= (GE de mineral pesado-GE de fluído)÷(GE de mineral lixeiro-GE de fluído), onde GE=gravidade específica para CC > 2,5, axeitado para a separación de partículas de máis de 75 microns de tamaño; parar 1,75 <CC< 2,5, axeitado para a separación de partículas de máis de 150 microns; para 1,50 < CC < 1,75, axeitado para a separación de partículas de máis de 1,7 mm ; para 1,25 < CC < 1,50, axeitado para a separación de partículas de máis de 6,35 mm ; para CC < 1,25, non axeitado para ningún tamaño.
Hai varios métodos que fan uso das diferenzas de densidade das partículas, como son: Separación en medios densos ou pesados (como, bañeiras, tambores, larcodems, separadores de remuíño dyana, e ciclóns de medio denso) Mesas de sacudida, como a mesa Wilfley Separadores espirais Clasificador de refluxo Concentradores Jig, que son aparellos de concentración por gravidade de procesamento continuo que usan unha cama fluidizada pulsante. (RMS-Ross Corp. Circular Jig Plants) Concentradores de cunca centrífuga, como o concentrador Knelson e o Falcon Separadores multigravidade (Concentrador Falcon, Knelson, Mozley (Separador por gravidade potenciado), ciclóns Salter (separadores multigravidade) e a Kelsey Jig) Jigs de presión en liña Conos de Reichert Canais.
Estes procesos poden clasificarse como separación en medio denso ou separación por gravidade. A diferenza entre os dous é que a separación por gravidade non utiliza un medio denso para operar, senón só auga ou aire. A separación en medio denso pode realizarse con diversos medios. Estes inclúen, líquidos orgánicos, solucións acuosas, suspensións en auga e suspensións en aire. Destes, a maioría dos procesos industriais usan suspensións en auga. Os líquidos orgánicos non se usan debido á súa toxicidade e dificultades de manexo. Utilízase unha solución acuosa como medio denso no procesamento do carbón en forma dun lavado belknap, e a suspensión en aire utilízase en áreas escasas de auga, onde se usa a area para separar o carbón da ganga. A separación en medio denso clasifícase tamén como separación por gravidade absoluta, xa que os materiais que van polo fondo e os que flotan viaxan en diferentes direccións. A separación por gravidade tamén se chama separación por gravidade relativa, xa que separa partículas polas súas diferenzas na resposta das partículas á forza impulsora.
Estes procesos poden tamén clasificarse en procesos multi-G e de G única. A diferenza é a magnitude da forza impulsora para a separación. Os procesos multi-G permiten a separación de finas partículas, que poden estar entre 10 e 50 microns. Os procesos de G única só poden procesar partículas que son maiores de 80 microns de diámetro.
Entre os procesos de separación por gravidade, os concentradores espirais e as jigs circulares son dous dos máis económicos debido á súa simplicidade e uso de espazo. Funcionan por separación de película de fluxo e poden usar auga de lavado ou non. As espirais con auga de lavado separan as partículas máis facilmente, pero poden ter problemas co arrastre de ganga co concentrado producido.
miniatura|dereita|Células de flotación en escuma utilizadas para concentrar minerais de sulfuro de cobre e níquel, Falconbridge, Ontario, Canadá.
Flotación en escuma A flotación en escuma é un importante proceso de concentración. Este proceso pode utilizarse para separar dous tipos de partículas diferentes e funciona pola química de superficie das partículas. En flotación, introdúcense burbullas nunha polpa (lodos minerais) e as burbullas ascenden a través da polpa. No proceso, as partículas hidrofóbicas quedan unidas á superficie das burbullas. A forza da que depende esta unión é o cambio na enerxía libre da superficie cando se produce a unión. Estas burbullas ascenden polos lodos e son recollidas na superficie. Para permitir que se unan as partículas, debe terse en consideración a química da polpa, como o seu pH, Eh e a presenza de reactivos de flotación. O pH é importante, xa que cambia a carga da superficie das partículas, e o Eh afecta á quimiosorción de colectores (uns aditivos) na superficie das partículas.
A adición de reactivos de flotación tamén afecta ao funcionamento do proceso. O composto químico máis importante que se engade é o chamado colector. O colector únese á superficie das partículas, xa que é un surfactante. As principais consideracións a ter en conta nos colectores é a natureza do grupo de cabeza e o tamaño da cadea carbonada. A cola hidrocarbonada debe ser curta para maximizar a selectividade do mineral desexado. Do grupo de cabeza depende a que minerais se adherirá.