Clasificación basada en sensores

La máquina de tipo tolva ocupa menos espacio y tiene menos piezas móviles, lo que se traduce en menores costos de inversión y operación. En general, es más adecuada para la detección de materiales y superficies bien liberadas, ya que permite un escaneo a doble cara más fiable. El tamaño máximo de carga de la máquina de tipo tolva es mayor, puesto que la manipulación de partículas de hasta 300 mm (12 pulgadas) solo es técnicamente viable con esta configuración.  

El costo para la mayoría de los agricultores y trabajadores de la industria es de alrededor de $500 para el estudio y el diseño ergonómico del sensor. El sensor en sí es todavía un prototipo que no se ha construido, pero se espera que sea aprobado por la FDA alrededor de 2003.

La máquina de cinta transportadora suele ser más adecuada para materiales de menor tamaño y para la alimentación de adhesivos. Además, la presentación de la alimentación es más estable, lo que la hace más apropiada para aplicaciones más complejas y heterogéneas.

Una fracción de tamiz de tamaño determinado con un coeficiente de rango de tamaño (d95/d5) de 2 a 5 (óptimo de 2 a 3) se alimenta a un alimentador vibratorio cuya función es crear una monocapa mediante la preaceleración de las partículas. Un error común en el diseño de plantas es creer que se puede usar el alimentador vibratorio para descargar desde un depósito intermedio, pero se necesita una unidad separada, ya que la distribución de la alimentación es muy importante para la eficiencia del clasificador basado en sensores y las diferentes cargas en el alimentador modifican su posición y características de vibración.

El material se transfiere al mecanismo de presentación, que puede ser la cinta transportadora o la tolva, según el tipo de máquina. Este subproceso tiene la función de transportar partículas individuales del flujo de material de forma estable y predecible, mediante un movimiento unidireccional perpendicular a la línea de detección y con un perfil de velocidad uniforme.

En el subproceso de detección, se registran vectores de ubicación y propiedades para permitir la localización de partículas para su expulsión y la clasificación de materiales para fines de discriminación. Todas las tecnologías de detección aplicadas tienen en común ser económicas, sin contacto y rápidas. Estas tecnologías se subdividen en grupos de transmisión y reflexión; los primeros miden el contenido interno de una partícula, mientras que los segundos solo utilizan la reflexión de la superficie para la discriminación. Las tecnologías de reflexión superficial tienen la desventaja de que las superficies deben representar el contenido, por lo que deben estar libres de adherencias de arcilla y polvo. Sin embargo, por defecto, las tecnologías de reflexión superficial violan el Principio Fundamental de Muestreo, ya que no todos los componentes de una partícula tienen la misma probabilidad de ser detectados.

Las principales tecnologías de transmisión son EM ( electromagnética ) y XRT ( transmisión de rayos X ). La detección EM se basa en la conductividad del material que pasa por un campo electromagnético alterno. El principio de XRT es ampliamente conocido por su aplicación en diagnósticos médicos y escáneres de equipaje en aeropuertos. Las principales tecnologías de superficie o reflexión son tradicionalmente los detectores de luminiscencia de rayos X que capturan la fluorescencia de los diamantes bajo la excitación de radiación de rayos X y las cámaras de color que detectan el brillo y la diferencia de color. Los métodos espectroscópicos, como la espectroscopia de infrarrojo cercano, conocida desde hace décadas por su uso en teledetección para la exploración minera, se han incorporado a los clasificadores basados ​​en sensores a escala industrial. La ventaja de la aplicación de la espectroscopia de infrarrojo cercano es que permite medir la presencia de enlaces moleculares específicos y, por lo tanto, la composición mineral de los minerales activos en el infrarrojo cercano. ^{[ 12 ]} Existen más tecnologías de detección disponibles en los clasificadores de mineral basados ​​en sensores a escala industrial. Los lectores que deseen profundizar pueden encontrar más información en la bibliografía. ^{[ 5 ]}

El sistema de detección recopila información espectral y espacial. El componente espacial registra la posición de la distribución de partículas a lo largo del ancho de la máquina de clasificación, información que se utiliza cuando se activa el mecanismo de expulsión para una sola partícula. Los datos espectrales comprenden las características que se utilizan para la discriminación de materiales. En un paso de procesamiento posterior, se pueden combinar los datos espectrales y espaciales para incorporar patrones al criterio de separación. Se recopila una gran cantidad de datos en tiempo real; múltiples pasos de procesamiento y filtrado reducen los datos a una decisión de sí/no: expulsar una partícula o mantener el mecanismo de expulsión inactivo para esa partícula.

El mecanismo de vanguardia de las clasificadoras de mineral basadas en sensores actuales es la eyección neumática. En este sistema, una combinación de válvulas de aire de alta velocidad y una serie de boquillas perpendiculares a la cinta transportadora o tolva de aceleración permite la aplicación precisa de pulsos de aire para cambiar la dirección de vuelo de partículas individuales. El paso y el diámetro de las boquillas se adaptan al tamaño de la partícula. El impulso de aire debe ser lo suficientemente preciso como para cambiar la dirección de vuelo de una sola partícula, aplicando la fuerza de arrastre sobre ella y dirigiéndola hacia la placa divisora ​​mecánica.

Las instalaciones semimóviles transportables han ganado popularidad en las últimas dos décadas. Esto se debe a que los sistemas completos de clasificación basados ​​en sensores son relativamente compactos en relación con su capacidad en toneladas por hora. Esto se debe principalmente a que requieren poca infraestructura. La imagen muestra un clasificador basado en sensores en contenedor , utilizado para la clasificación de cromita . El sistema funciona junto con una trituradora y una criba móviles con motor diésel. La manipulación del material de alimentación, la fracción de tamaño inferior, el producto y los residuos se realiza mediante una cargadora de ruedas . El sistema se alimenta con un generador diésel y una estación compresora suministra el aire de calidad necesaria para su funcionamiento.

Las instalaciones semimóviles se utilizan principalmente para minimizar la manipulación de materiales y ahorrar costes de transporte. Otra razón para elegir la opción semimóvil para una instalación es la realización de pruebas a granel en nuevos yacimientos de mineral. La capacidad de un sistema depende en gran medida de la fracción de tamaño clasificada, pero una capacidad de 250 t/h es una buena estimación para instalaciones semimóviles, considerando una capacidad de alimentación del clasificador de 125 t/h y 125 t/h de material de tamaño inferior. Durante la última década se han desarrollado tanto diseños de plantas genéricos como diseños personalizados, por ejemplo, en el marco del proyecto i2mine. ^{[ 13 ]}

Para gestionar grandes flujos de masa y en aplicaciones donde un cambio de ubicación física del proceso de clasificación basado en sensores no resulta beneficioso para la viabilidad financiera de la operación, se utilizan instalaciones fijas. Otra razón para utilizar instalaciones fijas son los procesos de clasificación de mineral basados ​​en sensores de múltiples etapas (desbaste, recuperación, limpieza). En las instalaciones fijas, los clasificadores suelen estar ubicados en paralelo, lo que permite el transporte de las fracciones de descarga con una cinta transportadora de producto y otra de residuos, respectivamente, lo que reduce el espacio ocupado por la planta y la cantidad de cintas transportadoras .

Para aplicaciones de mayor calidad, como metales ferrosos , carbón y minerales industriales, se puede utilizar la clasificación de minerales mediante sensores para obtener un producto final. Es fundamental que la separación permita la obtención de un producto comercializable. El material de tamaño inferior al estándar generalmente se descarta como producto, pero también puede desecharse si su composición no cumple con las especificaciones requeridas. Esto depende de cada caso y aplicación.

El ejemplo más destacado de la aplicación de la clasificación de minerales mediante sensores es el rechazo de estériles antes del transporte y la trituración. El rechazo de estériles también se conoce como preconcentración. Robben introdujo una discriminación. ^{[ 4 ]} Como regla general, se requiere que al menos el 25 % de estériles liberados estén presentes en la fracción que se va a tratar mediante la clasificación de minerales con sensores para que el rechazo de estériles sea financieramente viable.

La reducción de residuos antes de que entren en los procesos de trituración y molienda no solo reduce los costos en dichos procesos, sino que también libera capacidad que puede llenarse con material de mayor calidad y, por lo tanto, implica una mayor productividad del sistema. Un prejuicio contra la aplicación de un proceso de rechazo de residuos es que el contenido valioso perdido en este proceso es una penalización mayor que los ahorros que se pueden lograr. Pero se informa en la literatura que la recuperación general incluso aumenta al introducir material de mayor calidad como materia prima en el molino. Además, la mayor productividad es una fuente adicional de ingresos. Si se eliminan los residuos nocivos, como la calcita que consume ácido , la recuperación posterior aumenta y los costos posteriores disminuyen desproporcionadamente, como lo informa, por ejemplo, Bergmann. ^{[ 14 ]} El residuo grueso rechazado puede ser una fuente adicional de ingresos si existe un mercado local para agregados.

La clasificación de mineral basada en sensores es financieramente atractiva, especialmente para mineral de baja ley o marginal o material de desecho. ^{[ 4 ]} Este escenario descrito describe que el material de desecho o mineral marginal se clasifica y se agrega a la producción de mineral bruto. La capacidad necesaria para la etapa de clasificación de mineral basada en sensores es menor en este caso, al igual que los costos involucrados. Se requiere que dos flujos de material bruto se alimenten en paralelo, lo que requiere dos estaciones de trituración. Alternativamente, el mineral marginal y el de alta ley se pueden almacenar en un depósito intermedio y despachar en una operación alternada. Esta última opción tiene la desventaja de que el tiempo de producción planificado, la carga, del clasificador de mineral basado en sensores es bajo, a menos que se instale un depósito intermedio o búnker significativo. Tratar el mineral marginal por separado tiene la ventaja de que se necesita menos equipo ya que el flujo de material procesado es menor, pero tiene la desventaja de que el potencial de la tecnología no se desarrolla para el material de mayor ley, donde la clasificación basada en sensores también aportaría beneficios.

Los circuitos de guijarros constituyen una ubicación muy ventajosa para la aplicación de clasificadores de mineral basados ​​en sensores. Generalmente, se trata de residuos duros que recirculan y limitan la capacidad total de la planta. Además, el tonelaje es significativamente menor en comparación con el flujo total de mineral extraído, el rango de tamaño es aplicable y suele ser uniforme, y las superficies de las partículas están limpias. En la literatura se reporta un alto impacto en la capacidad total de la planta. ^{[ 15 ]}

La condición previa para la aplicabilidad de la clasificación de minerales mediante sensores es la presencia de liberación en el tamaño de partícula de interés. Antes de iniciar los procedimientos de prueba de clasificación de minerales mediante sensores, es posible evaluar el grado de liberación mediante la inspección de testigos de perforación, el conteo manual y el análisis de lavabilidad. La cuantificación de la liberación no incluye ninguna eficiencia del proceso, pero proporciona una estimación del posible resultado de la clasificación y, por lo tanto, puede utilizarse para el análisis de viabilidad financiera preliminar.

Análisis de testigos de perforación: Tanto para aplicaciones en yacimientos nuevos como en yacimientos maduros , la inspección de testigos de perforación, junto con la distribución de la ley y la descripción mineralógica, es una buena opción para estimar las características de liberación y el posible éxito de la clasificación de mineral mediante sensores. En combinación con el método de extracción y el plan minero, se puede estimar la posible distribución de la ley en partículas gruesas.

Steinert ofrece tecnologías de clasificación para las industrias del reciclaje y la minería, utilizando diversos sensores, como sensores ópticos de rayos X, inductivos, de infrarrojo cercano (NIR) y de color, así como cámaras láser 3D, que pueden combinarse para clasificar una amplia variedad de materiales. La tecnología NIR se utiliza en el sector del reciclaje.

Tomra es un proveedor de equipos de clasificación basados ​​en sensores con una amplia base instalada en los sectores de minería, reciclaje y alimentación. Sus equipos y servicios de clasificación basados ​​en sensores para metales preciosos y metales básicos se comercializan mediante un acuerdo de cooperación con Outotec, de Finlandia , que combina la experiencia de Outotec en trituración, procesamiento y aplicaciones con la tecnología y la experiencia de Tomra en la clasificación de minerales mediante sensores.

Raytec Vision es un fabricante de cámaras y sensores con sede en Parma, especializado en la clasificación de alimentos. Sus máquinas tienen múltiples aplicaciones: tomates, tubérculos, frutas, productos frescos cortados, verduras y productos de confitería. Cada máquina separa los productos en buen estado de los desechos, cuerpos extraños y defectos, garantizando así altos niveles de seguridad alimentaria para el consumidor final.

Comex ofrece tecnologías de clasificación para la industria minera mediante soluciones multisensoriales integradas en las mismas unidades de clasificación, como sensores de rayos X, infrarrojos hiperespectrales y ópticos a color, así como cámaras 3D. Estas soluciones son muy eficaces para identificar y clasificar diversas partículas minerales. La integración de modelos de IA para el procesamiento de datos de los sensores es fundamental para obtener buenos resultados de clasificación.