Macinazione

La macinazione (grinding) è la fase del ciclo di trattamento minerario che segue la frantumazione e riduce la pezzatura del materiale da qualche centimetro fino a dimensioni dell’ordine dei micrometri (tipicamente 10–300 µm). Scopo principale è la liberazione (liberation): rompere i legami tra le particelle di minerale utile e la ganga sterile, portandole a granulometria sufficiente per i successivi processi di separazione (flottazione, separazione gravitazionale, lisciviazione).

Energia e legge di Bond

La macinazione è il processo più energivoro dell’intera catena estrattiva (spesso il 30–50% dell’energia totale dell’impianto). Il consumo di energia specifica è descritto dalla legge di Bond:

$$W = 10 \cdot W_i \left( \frac{1}{\sqrt{P_{80}}} - \frac{1}{\sqrt{F_{80}}} \right)$$

dove $W$ è l’energia consumata in kWh/t, $W_i$ è l’indice di lavoro di Bond (caratteristico della roccia, in kWh/t), $F_{80}$ e $P_{80}$ sono rispettivamente la dimensione (in µm) del passante all’80% in alimentazione e in prodotto. L’indice di Bond $W_i$ si misura in laboratorio con un mulino standard e varia tipicamente da 6 (calcare tenero) a 20+ kWh/t (quarzo, minerali duri).

Il mulino a sfere (ball mill)

Il mulino a sfere è la macchina di macinazione più diffusa. È un cilindro rotante parzialmente riempito di sfere d’acciaio (corpi macinanti). Quando il cilindro ruota, le sfere vengono sollevate e poi ricadono per gravità, frantumando il minerale per impatto e abrasione.

La velocità critica $n_c$ (rpm) è quella a cui la forza centrifuga eguaglia il peso delle sfere, impedendone la caduta:

$$n_c = \frac{42{,}3}{\sqrt{D}}$$

dove $D$ è il diametro interno del mulino in metri. I mulini operano tipicamente al 65–80% della velocità critica.

I mulini a sfere operano in circuito chiuso con un classificatore (ciclone idrodinamico o vaglio vibrante): il materiale troppo grossolano ritorna al mulino (carico circolante), garantendo un prodotto uniforme.

Mulini autogeni e semiautogeni (AG/SAG)

• Mulino autogeno (AG): la macinazione avviene usando pezzi grossi del materiale stesso come corpi macinanti, eliminando le sfere d’acciaio. Adatto a rocce friabili.
• Mulino semiautogeno (SAG): usa sia la roccia sia sfere d’acciaio di grandi dimensioni (fino a 125 mm). È la tecnologia più diffusa nelle grandi miniere di rame-oro porfiritico, con mulini di diametro fino a 12 m e potenze installate di 20–30 MW.

Granulometria e liberazione

La macinazione non deve essere né insufficiente né eccessiva:

• Sotto-macinazione (undergrinding): il minerale non è libero, la separazione è inefficiente, il recupero metallurgico cala.
• Sovra-macinazione (overgrinding): le particelle diventano troppo fini (slimes), difficili da raccogliere in flottazione o separazione gravitazionale; aumentano i consumi energetici e il consumo di reagenti.

Il punto ottimale di macinazione si determina analizzando la curva di liberazione: la percentuale di particelle di minerale libero in funzione della granulometria, determinata con analisi al microscopio ottico o con MLA (Mineral Liberation Analyzer, sistema automatizzato SEM-EDS).