Frantumazione

La frantumazione (crushing) è la prima operazione meccanica del ciclo di trattamento minerario (comminution). Riduce la pezzatura della roccia estratta da dimensioni dell’ordine del metro (materiale proveniente dalla volata) a decine di millimetri, preparandola per la successiva macinazione. L’obiettivo è liberare (liberare) le particelle di minerale utile dalla ganga con il minimo consumo energetico, portando la roccia a una pezzatura adatta agli stadi successivi.

Principi fisici

La frantumazione sfrutta tre meccanismi di applicazione delle forze:

• Compressione: il pezzo di roccia viene schiacciato tra due superfici solide.
• Impatto: la roccia è colpita da superfici in movimento rapido o è proiettata contro superfici fisse.
• Abrasione/usura: sfregamento di superfici contro la roccia, efficace per riduzione in fine.

Il consumo di energia specifica per ridurre il materiale da una dimensione $d_1$ a $d_2$ è stimato dalla legge di Bond:

$$W = W_i \left( \frac{1}{\sqrt{d_2}} - \frac{1}{\sqrt{d_1}} \right) \cdot 10$$

dove $W$ è il consumo in kWh/t, $W_i$ è l’indice di lavoro di Bond (caratteristico della roccia, in kWh/t), e $d_1$, $d_2$ sono le dimensioni in µm al passante 80%.

Circuito di frantumazione

Un impianto di frantumazione classico si articola in tre stadi:

Stadio	Macchina tipica	Pezzatura in ingresso	Pezzatura in uscita
Primario	Frantumatore a mascelle	500–1500 mm	100–300 mm
Secondario	Frantumatore a cono	100–300 mm	25–80 mm
Terziario	Frantumatore a cono fine / VSI	25–80 mm	5–25 mm

Frantumatore a mascelle (jaw crusher)

Due mascelle metalliche, una fissa e una oscillante, stringono e frantumano la roccia per compressione ciclica. Il parametro fondamentale è il CSS (closed side setting), la luce minima tra le mascelle nella fase di chiusura, che determina la pezzatura massima del prodotto.

Frantumatore giroscopico (gyratory crusher)

Un cono esterno fisso e un cono interno eccentrico che ruota descrivono una superficie di frantumazione a compressione progressiva. Adatto per grandi portate nelle operazioni primarie.

Frantumatore a cono (cone crusher)

Versione più compatta del giroscopico, usato nella frantumazione secondaria e terziaria. La regolazione del CSS avviene idraulicamente, con protezione automatica da corpi metallici (tramp iron).

Frantumatore a impatto (impact crusher, VSI)

Rotori a velocità elevata proiettano la roccia contro rompipietra fissi o contro la roccia stessa. Producono forme cubiche ottimali, ma consumano più energia e usurano più rapidamente le parti metalliche.

Rapporto di riduzione

Il rapporto di riduzione $R$ di uno stadio di frantumazione è il rapporto tra la pezzatura in ingresso $F_{80}$ e quella in uscita $P_{80}$ (dimensioni al passante 80%):

$$R = \frac{F_{80}}{P_{80}}$$

Valori tipici: 4–8 per frantumatori primari a mascelle, 5–10 per frantumatori a cono. Rapporti più elevati riducono l’efficienza e aumentano l’usura delle parti. La scelta del numero di stadi è un compromesso tra investimento di capitale e costi operativi.