Comprensione del P80 nei processi di frantumazione e lavorazione dei materiali

Introduzione

Nella frantumazione e nella lavorazione dei minerali, la distribuzione granulometrica (PSD) è una misura importante del comportamento del materiale durante il suo passaggio attraverso un processo. Uno degli indicatori più utilizzati è P80, che descrive la dimensione delle particelle alla quale passa il materiale 80%.

Il parametro P80 aiuta gli ingegneri a valutare le prestazioni di frantumazione e macinazione, a stabilire gli obiettivi di granulometria del prodotto e a comprendere come cambiano le caratteristiche del materiale tra le diverse fasi di lavorazione. Tuttavia, rappresenta solo una parte della distribuzione granulometrica e la sua utilità dipende da come viene misurato e applicato.

Cos'è il P80?

P80 è la dimensione delle particelle alla quale passa il filtro 80% del materiale, tipicamente espressa in percentuale di massa.

Ad esempio, se il minerale frantumato ha una granulometria P80 di 120 mm:

• Circa l'80% del materiale, in massa, ha dimensioni inferiori a 120 mm.
• Il modello 20% ha una dimensione approssimativa superiore a 120 mm.

Un valore di P80 inferiore indica generalmente una distribuzione del materiale più fine, mentre un valore di P80 superiore indica una distribuzione più grossolana.

Il valore P80 viene determinato dalla curva di distribuzione cumulativa delle dimensioni delle particelle, che mostra la percentuale di materiale che passa attraverso le diverse granulometrie.

P80, F80 e D80: qual è la differenza?

Questi termini descrivono misurazioni strettamente correlate, ma sono comunemente usati in contesti diversi.

Termine	Senso	Applicazione comune
P80	80% dimensione di passaggio di un processo pprodotto	Uscita del circuito di frantumazione o macinazione
F80	80% dimensione di passaggio di un processo fbisogno	Materiale in ingresso a un frantumatore o a un mulino
D80	80% dimensione di passaggio di una dimensione di particella ddistribuzione	Analisi generale della frammentazione e caratterizzazione dei materiali

Ad esempio, se il materiale entra in un frantoio con un F80 di 300 mm ed esce con un P80 di 75 mm, la dimensione passante del 80% si è ridotta di un fattore quattro.

di WipWare WipFrag I software in genere riportano le dimensioni percentili utilizzando i valori D, tra cui D50, D80 e D95. D80 rappresenta lo stesso percentile di P80, sebbene i confronti tra metodi di misurazione debbano tenere conto dei rispettivi approcci di campionamento e analisi.

Per ulteriori informazioni sulla lettura dei valori D e delle curve di distribuzione delle dimensioni delle particelle, vedere il Guida all'interpretazione dei risultati di WipFrag.

Come viene determinato il valore di P80?

Il valore P80 si ottiene dalla distribuzione granulometrica. Il metodo di misurazione dipende dal materiale, dalle dimensioni delle particelle e dalle condizioni operative.

Analisi granulometrica

Nell'analisi granulometrica convenzionale, un campione di materiale rappresentativo viene fatto passare attraverso una serie di setacci con aperture progressivamente più piccole.

Il materiale trattenuto per ogni granulometria viene pesato e viene calcolata la percentuale cumulativa passante. P80 è la granulometria corrispondente al setaccio 80% che passa nella distribuzione risultante.

L'analisi granulometrica tramite setacciatura fornisce una misurazione diretta basata sulla massa, ma può richiedere la raccolta, la manipolazione e l'elaborazione in laboratorio del materiale.

Analisi delle dimensioni delle particelle basata su immagini

I metodi basati sulle immagini stimano la distribuzione delle dimensioni delle particelle identificando e misurando le particelle visibili nelle immagini digitali.

Le tecnologie WipWare supportano diversi approcci di misurazione:

• WipFrag Analizza fotografie raccolte sul campo, in laboratorio, nel sottosuolo o tramite droni.
• Riflesso Fornisce misurazioni automatizzate del carico del veicolo o del materiale durante lo scarico.
• Assolo Fornisce misurazioni ripetute del materiale in movimento su nastri trasportatori e linee di processo.

Le configurazioni Complete di Solo e Reflex forniscono misurazioni PSD, mentre le configurazioni Basic si concentrano sul monitoraggio della dimensione massima delle particelle e del colore.

A differenza della setacciatura fisica, le misurazioni ottiche derivano da particelle visibili e dai relativi metodi di stima delle dimensioni. Le particelle sepolte, nascoste o troppo piccole per essere risolte non possono essere misurate direttamente dall'immagine.

Ove opportuno, la calibrazione e il campionamento fisico rappresentativo possono contribuire a correlare i risultati ottici alla distribuzione complessiva del materiale.

Perché il P80 è importante nella frantumazione e nella lavorazione dei minerali?

1. Prestazioni del frantumatore e controllo della granulometria del prodotto

I frantumatori sono progettati per ridurre il materiale a dimensioni adatte alle apparecchiature a valle.

Il monitoraggio del P80 può aiutare gli operatori a valutare se la granulometria del materiale prodotto dal frantoio sta diventando più grossolana o più fine, a confrontare le prestazioni in diverse condizioni operative e a valutare l'effetto delle modifiche alle impostazioni del frantoio.

Ad esempio, una variazione del valore di P80 in seguito a una regolazione dell'impostazione del lato chiuso (CSS) di un frantoio può indicare una variazione della granulometria del prodotto.

Tuttavia, il solo valore P80 non è sufficiente a stabilire se il materiale è idoneo per la fase successiva del processo. Una percentuale relativamente piccola di particelle di dimensioni superiori al limite consentito può comunque causare problemi anche quando il valore P80 complessivo raggiunge l'obiettivo prefissato.

La dimensione massima delle particelle, le dimensioni percentili più elevate e la percentuale di materiale al di sopra di determinate soglie possono quindi essere ugualmente importanti.

2. Efficienza del circuito di macinazione

Nei circuiti di macinazione, il rapporto tra la dimensione del materiale in ingresso e la dimensione del prodotto finale contribuisce a determinare l'energia necessaria per la riduzione delle dimensioni.

Una comune espressione di questa relazione è l'equazione di Bond:

W = 10 × Wi × (1/√P80 − 1/√F80)

Dove:

• W è l'energia specifica richiesta stimata, in genere in kWh/t.
• Wi è l'indice Bond Work.
• F80 è la dimensione di passaggio del segnale 80%.
• P80 è la dimensione del prodotto conforme allo standard 80%.

Nella forma convenzionale dell'equazione, F80 e P80 sono espressi in micrometri (µm).

L'indice di lavoro di Bond viene determinato tramite prove standardizzate o altri metodi di caratterizzazione appropriati; non viene calcolato solo a partire da F80 e P80. L'equazione fornisce una stima del fabbisogno energetico di rettifica e le applicazioni pratiche potrebbero richiedere ulteriori fattori di correzione.

L'accuratezza delle stime dell'energia di macinazione dipende anche dall'indice di lavoro di Bond utilizzato. La preparazione del campione, la granulometria e la metodologia di prova possono influenzarne la determinazione. Nikolić e Trumić (2021) hanno esaminato queste considerazioni per campioni più fini, evidenziando l'importanza di metodi appropriati per la determinazione dell'indice di lavoro di Bond.

In generale, per ottenere un prodotto più fine a partire dalla stessa materia prima è necessaria una maggiore energia di macinazione. L'obiettivo, quindi, non è sempre quello di minimizzare la granulometria P80, ma di raggiungere la dimensione delle particelle necessaria per il processo successivo senza un consumo energetico superfluo.

3. Liberazione e recupero dei minerali

Molte operazioni di lavorazione dei minerali richiedono che i minerali di valore siano sufficientemente liberati dal materiale circostante prima della separazione.

Se la macinazione produce materiale troppo grossolano, i minerali preziosi potrebbero rimanere intrappolati all'interno delle particelle più grandi. Se il materiale viene macinato più finemente del necessario, si consuma energia in eccesso e un'eccessiva quantità di particelle fini può creare problemi per alcuni processi di separazione.

Il valore appropriato di P80 dipende dalla mineralogia del minerale, dalle caratteristiche di liberazione e dai requisiti di lavorazione a valle.

Il P80 fornisce un utile riferimento operativo, ma non misura direttamente la liberazione o il recupero dei minerali.

4. Compatibilità e portata dell'alimentazione del frantumatore

Il materiale che entra in ciascuna fase di lavorazione deve essere adatto all'apparecchiatura che lo riceve.

Un'alimentazione grossolana o altamente variabile può influire sul carico del frantoio, sulla produttività e sulle prestazioni dell'impianto. Viceversa, un eccesso di materiale fine o al di fuori della distribuzione di alimentazione ottimale può a sua volta influenzare l'efficacia del funzionamento dell'impianto.

Il monitoraggio della distribuzione granulometrica dei mangimi aiuta a identificare i cambiamenti prima che si trasformino in problemi di lavorazione persistenti.

Il parametro P80 è utile per monitorare la granulometria generale del materiale in ingresso, mentre ulteriori misurazioni della distribuzione granulometrica (PSD) possono aiutare a identificare particelle di dimensioni eccessive o fini problematiche.

5. Controllo e ottimizzazione del processo

Le misurazioni ripetute della granulometria possono aiutare gli operatori a capire se il materiale rimane entro un intervallo operativo accettabile.

A seconda del processo, le informazioni possono supportare:

• Valutazione delle regolazioni di impostazione del frantoio.
• Monitoraggio delle condizioni di alimentazione e scarico del frantoio.
• Identificazione dei cambiamenti nelle prestazioni di screening.
• Valutazione della variabilità dell'alimentazione del circuito di rettifica.
• Confronto di materiale proveniente da fonti o periodi di attività differenti.

Per applicazioni di trasporto adatte, Solo completato Fornisce misurazioni PSD automatizzate che possono essere utilizzate per monitorare P80 e altri indicatori di dimensione delle particelle durante il passaggio del materiale attraverso il processo.

Per una spiegazione di come le misurazioni della frammentazione possono essere applicate a più fasi di elaborazione, vedere Dalla frantumazione alla lavorazione: utilizzare i dati di frammentazione per migliorare le prestazioni minerarie..

Studi pubblicati hanno anche esaminato come le misurazioni della granulometria siano correlate alla produttività del frantoio, alle prestazioni di macinazione e alla stabilità del processo. Per esempi pratici di queste applicazioni, vedere Casi di studio WipWare: frammentazione e monitoraggio dei processi.

Come cambia il P80 tra le diverse fasi del processo?

Il valore P80 può essere misurato in diversi punti all'interno di un circuito di frantumazione e macinazione, ma non esiste un valore obiettivo universale per ogni fase.

Fase del processo	Come si può utilizzare P80
Frantumazione primaria	Valutare la granulometria del prodotto grezzo e le variazioni nelle prestazioni del frantoio.
frantumazione secondaria	Monitorare l'ulteriore riduzione delle dimensioni e la consistenza del flusso di alimentazione a valle
Frantumazione terziaria	Valutare la granulometria più fine del prodotto e la conformità ai requisiti di processo.
Alimentazione del mulino di macinazione	Caratterizzare il materiale in ingresso e le variazioni nella dimensione dell'alimentazione
Prodotto del circuito di rettifica	Valutare se il materiale ha raggiunto la finezza richiesta per la successiva lavorazione.

La gamma di dimensioni appropriata dipende dalla progettazione dell'apparecchiatura, dalle proprietà del materiale e dal prodotto previsto.

Altrettanto importante è che la tecnologia di misurazione sia adatta alle dimensioni delle particelle in questione.

Ad esempio, l'analisi ottica automatizzata di materiale grossolano su un nastro trasportatore ha requisiti di misurazione diversi rispetto alla valutazione di un prodotto finemente macinato contenente particelle misurate in micrometri.

Vedere Comprensione delle fasce dimensionali nell'analisi dei nastri trasportatori per una spiegazione di come il campo visivo, la risoluzione della telecamera e la geometria dell'installazione influenzino le dimensioni delle particelle rilevabili.

Fattori che influenzano il P80

La distribuzione granulometrica può variare per diverse ragioni, tra cui le variazioni del materiale stesso e le modifiche al processo.

Tra i fattori importanti che influenzano il processo vi sono la durezza della roccia e le caratteristiche geologiche, la frammentazione dovuta all'esplosione, le impostazioni del frantumatore, l'usura delle attrezzature, la velocità di alimentazione, le prestazioni del vaglio e le condizioni operative.

Nelle operazioni minerarie, le variazioni possono iniziare prima che il materiale entri nell'impianto di lavorazione. Cambiamenti nella geologia o nelle condizioni di brillamento possono influenzare la distribuzione granulometrica del materiale che arriva al frantoio primario.

La nostra guida a Comprendere l'esplosione e la frammentazione delle rocce Esplora le condizioni e le variabili di progettazione dell'esplosione che influenzano la frammentazione iniziale della roccia.

Poiché questi fattori possono interagire, una variazione del valore di P80 dovrebbe essere considerata come un'indicazione di un cambiamento nella distribuzione del materiale, non come una prova automatica di una causa specifica.

Perché il P80 non dovrebbe essere usato da solo

Sebbene P80 sia una misura importante, due materiali con lo stesso valore di P80 possono presentare distribuzioni granulometriche sostanzialmente diverse.

Uno può contenere più particelle fini, mentre un altro può avere una maggiore concentrazione di particelle di dimensioni maggiori.

Per una valutazione più completa del processo, P80 può essere considerato insieme a:

• Altre percentuali, come ad esempio D50 o D95.
• Dimensione massima delle particelle, soprattutto laddove le dimensioni eccessive rappresentano un rischio.
• Percentuale di superamento o di mantenimento a una dimensione definita, come ad esempio l'apertura di uno schermo o la soglia di un processo.
• La curva PSD completa, compresi i cambiamenti nella forma della distribuzione.
• Buste delle specifiche, dove il processo ha definito limiti accettabili per la dimensione delle particelle.

La combinazione appropriata dipende da ciò che l'operazione deve controllare.

Ad esempio, un frantumatore potrebbe richiedere un limite massimo di dimensione del materiale in ingresso, oltre a un intervallo accettabile di P80. Un circuito di macinazione potrebbe dover monitorare sia la granulometria complessiva del materiale in ingresso sia le variazioni del contenuto di particelle fini.

Le misurazioni più utili sono quelle che si collegano direttamente a una decisione operativa.

Conclusione

P80 offre un metodo pratico per descrivere e confrontare le distribuzioni granulometriche durante i processi di frantumazione e lavorazione dei minerali.

Aiuta le operazioni a valutare la riduzione delle dimensioni, a stabilire obiettivi di processo, a monitorare la variabilità dei materiali e a comprendere la relazione tra le caratteristiche del materiale in ingresso e i requisiti a valle.

Tuttavia, un valore P80 appropriato non è necessariamente il valore minimo raggiungibile. È il valore che supporta i requisiti del processo.

Se combinato con altre misurazioni PSD, campionamenti rappresentativi e informazioni operative pertinenti, P80 diventa un indicatore più utile delle prestazioni del processo.

WipWare fornisce strumenti per la misurazione della distribuzione granulometrica tramite analisi sul campo, monitoraggio dei veicoli e misurazione automatizzata dei nastri trasportatori.

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Riferimenti

Nikolić, V., & Trumić, M. (2021). Un nuovo approccio al calcolo dell'indice di lavoro di Bond per campioni più fini. Ingegneria mineraria, 165, 106858.