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10/05/2017 13:24 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
Tecnologia Metalúrgica
Prof. Dr. Jorge Teófilo de Barros Lopes
Universidade Federal do Pará
Instituto de Tecnologia
Campus de Belém
Curso de Engenharia Mecânica
10/05/2017 13:24 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
Capítulo II
Universidade Federal do Pará
Instituto de Tecnologia
Beneficiamento de
Minérios
Campus de Belém
Curso de Engenharia Mecânica
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2.1 Generalidades - Metalurgia
Não obstante alguns processos metalúrgicos já existirem há
muito tempo, de forma rudimentar, e sem base científica,
somente a partir do século XVIII, após a revolução
científica ocorrida no século anterior e a industrial, que a
metalurgia tornou-se uma ciência e que os processos
metalúrgicos passam a ser estudados e explicados,
corroborando na melhoria contínua das práticas utilizadas até
então.
A partir de então surge um novo ramo da metalurgia, a
metalurgia física que tem como objetivo o estudo das
características físicas dos materiais metálicos.
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Um importante ramo da metalurgia, que embora já existisse,
ganhou grandes proporções após o século XVIII, é a
metalurgia extrativa que tem como foco de trabalho a obtenção
de metais a partir de sucata ou minérios.
Atualmente, cerca de 40% do aço produzido no mundo é
obtido a partir da fusão da sucata.
Ao campo da metalurgia extrativa que trata da obtenção
especificamente do ferro dá-se o nome de siderurgia, mas este
conceito também se refere as demais etapas do processo de
trabalho do ferro: a transformação, fundição e preparação,
destacando-se a produção do aço (ligas Fe-C).
2.1 Generalidades - Metalurgia
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Mais recentemente, o desenvolvimento de uma técnica de
fabricação de pecas através da utilização de pós metálicos deu
origem ao surgimento de uma nova área de estudo na metalurgia:
a metalurgia do pó.
A tecnologia desenvolvida na década de 70 para atender,
principalmente, ao setor de informática, permite a fabricação de
peças de alta precisão e complexidade.
Metalurgia é o ramo da Engenharia dos Materiais que estuda os
fenômenos físico-químicos associados com o beneficiamento e o
processamento dos materiais metálicos, bem como os aspectos
fundamentais envolvidos nos diferentes ciclos de processamento
destes materiais.
• Processos pré-extrativos: Extração e beneficiamento de
minérios.
• Processos extrativos: Obtenção de materiais metálicos
(elementares) a partir dos seus respectivos minérios.
• Processos de refino: Purificação dos metais e obtenção de
ligas com composições definidas.
2.1 Generalidades - Metalurgia
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A metalurgia pode ser dividida em três grandes ramos:
1. Metalurgia extrativa: Trata da obtenção de metais a
partir das fontes naturais e também pela sucata.
2. Metalurgia física: Estuda os fundamentos dos
fenômenos metalúrgicos. Relaciona a estrutura interna
dos metais com suas propriedades.
3. Metalurgia de transformação: Dá forma aos metais
por meios de processos de conformação mecânica ou
metalúrgicos, tais como: laminação, forjamento,
extrusão, estampagem, torneamento, fresamento,
soldagem e fundição, metalurgia do pó, dentre outros.
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Metalurgia extrativa:
• Processos pré-extrativos: Extração e beneficiamento de
minérios.
• Processos extrativos: Obtenção de materiais metálicos
(elementares) a partir dos seus respectivos minérios.
• Processos de refino: Purificação dos metais e obtenção de
ligas com composições definidas.
2.1 Generalidades - Metalurgia
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Extração e beneficiamento de minérios
Processos Pré-extrativos
Processos que embora envolvam reações químicas, não isolam o
metal de interesse do minério beneficiado.
Objetivo: aumento e otimização da concentração do composto
metálico no minério.
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Processos Extrativos
São baseados no princípio da maior ou menor tendência do
composto metálico se deixar reduzir ao metal por meio de
reações químicas.
Objetivo: Extração de um metal M, a partir do seu minério
primário, constituído por um composto MX.
2.1 Generalidades - Metalurgia
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Processos de Refino
Objetivo: Obtenção de metais e/ou ligas com grau de pureza
comercial a partir dos metais brutos obtidos através de processos
extrativos.
Exemplo: Fabricação dos aços.
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Metalurgia extrativa: envolve dois grandes grupos de processos
Metalurgia extrativa
dos metais ferrosos
Processos
siderúrgicos
Metalurgia extrativa
dos metais não
ferrosos
Al, Cu, Mg, Ni, Ti, Cr,
Zn, Mn, Sn, Pb, Nb,
W, V, Mo, Ag, Au.
2.1 Generalidades - Metalurgia
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Exemplo de aplicação de processos de extração e refino:
processos siderúrgicos
• O processo siderúrgico ocorre em duas etapas
1. Extração: redução dos minérios de Fe em alto forno,
obtendo-se como produto o ferro gusa, com
aproximadamente 90% de ferro contido;
2. Refino: fabricação do aço em conversores, obtendo-se
como produto aços comerciais, que são ligas Fe-C com
até de 2% em peso de carbono.
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Metalurgia física:
Transformações de
fases
Alterações na estrutura
dos metais e ligas
Relações
Estruturas versus Propriedades
Desempenho e aplicações dos
materiais metálicos
2.1 Generalidades - Metalurgia
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Transformações de fases
• Como ocorrem as transformações de fases sob o ponto de vista
termodinâmico (equilíbrio/estabilidade)?
• Quais as fases em equilíbrio sob determinadas condições
(temperatura, pressão e composição química)?
Previsões por meio dos
diagramas de equilíbrio
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Diagrama Fe-Fe3C
(ASKELAND &
PHULÉ, 2003).
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Diagrama Cu-Al (METALS HANDBOOB, ASM INTERNATIONAL, 1992).
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2.1 Generalidades - Metalurgia
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Metalurgia de transformação: Estuda os processos
mecânicos e metalúrgicos de fabricação.
Processos mecânicos de fabricação:
• Utilizam tensões para as transformações de forma
necessárias à obtenção de um determinado produto.
• São classificados em função da magnitude das tensões
utilizadas (σT - Tensão de trabalho do metal/liga; σe –
Tensão de escoamento do metal/liga; σr - Tensão de
ruptura do metal/liga).
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Classificação dos processos mecânicos de fabricação:
σT > σr Conformação por
usinagem
- Torneamento
- Fresamento
- Plainamento
- Retificação
- etc.
σe < σT < σr
Conformação por
deformação plástica
- Laminação
- Forjamento
- Extrusão
- Embutimento
- Trefilação
- etc.
2.1 Generalidades - Metalurgia
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Processos metalúrgicos de fabricação:
• Utilizam calor (energia térmica) para as
transformações de estado físico e de forma
necessárias à obtenção de um determinado produto.
• São classificados em função da temperatura de
trabalho (TT - Temperatura de trabalho do metal/liga;
Tf – Temperatura de fusão do metal/liga).
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Classificação dos processos metalúrgicos de fabricação:
σT > σf - Fundição
- Lingotamento
- Soldagem
σT < σf - Sinterização
- Metalurgia do pó
2.1 Generalidades - Metalurgia
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Na metalurgia extrativa são aplicados processos em
matérias primas e insumos, transformando-os em
produtos, subprodutos e rejeitos
PROCESSOS
Matérias primas
+
Insumos
Produtos
Subprodutos
Rejeitos
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Matérias primas e insumos:
• Minérios que contém os metais de interesse
• Resíduos diversos, sucatas e outros materiais
• Combustíveis e redutores
• Fluxantes e fundentes
• Gases reagentes e protetores
• Refratários
• Eletrodos
• Água (refrigeração, resfriamento, trocador de calor etc.)
• Energia elétrica
2.1 Generalidades - Metalurgia
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Na indústria mineral, os minérios ou minerais são
geralmente classificados em três grandes classes (Da
Luz, 1995): metálicos, não metálicos e energéticos:
MINERAIS METÁLICOS
(a) Minerais de metais ferrosos são aqueles que têm uso
intensivo na siderurgia e formam ligas importantes
com o ferro: Fe, Mn, Cr e Ni.
(b) Minerais de metais não ferrosos: Cu, Al, Zn, Pb, Sn
etc. mineral.
(c) Minerais de metais preciosos: Au, Ag, Pt, Os, Ir e Pd.
(d) Minerais de metais raros: Nb, Es, In, Ge, Ga etc.
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MINERAIS NÃO METÁLICOS
(a) Minerais estruturais ou para construçao – materiais
de alvenaria, rochas ornamentais, materiais para
cimento, agregados e revestimento (granito, gnaisse,
quartzitos, mármore, cascalho, areia, argilas, calcário
etc.
(b) Minerais cerâmicos e refratários: argila, feldspato,
caulim, quartzo, magnesita, cromita, grafita, cianita,
dolomita etc.
(c) Minerais isolantes: amianto, vermiculita etc.
(d) Minerais fundentes: fluorita, calcário, criolita etc.
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MINERAIS NÃO METÁLICOS
(e) Materiais abrasivos: diamante, granada, sílica,
corindon etc.
(f) Materiais de carga: talco, gesso, barita, caulim etc.
(g) Gemas ou pedras preciosas: diamante, esmeralda,
safira, turmalina, topázio, águas marinhas etc.
(h) Águas minerais e subterrâneas.
2.1 Generalidades - Minérios
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MINERAIS ENERGÉTICOS
(a) Radioativos: urânio e tório.
(b) Combustíveis fósseis: petróleo, turfa, linhito, carvão,
antracito, que não sendo minerais no sentido técnico
(não são cristalinos nem de composição inorgânicos)
são extraídos por mineração e estudados pela
geologia.
2.1 Generalidades - Minérios
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Em geral, do ponto de vista químico, um depósito
mineral pode conter três tipos de minérios:
1. Minério de valor primário, contendo compostos
do metal que se deseja extrair;
2. Minério de valor secundário, contendo metais
considerados como subprodutos;
3. Minério sem valor comercial algum, denominado
de ganga do depósito mineral.
2.1 Generalidades - Minérios
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Os minérios primários podem ser classificados em
função do tipo de composto metálico que o
caracteriza, dentro de cinco grandes grupos:
• nativos;
• óxidos;
• sulfetos;
• carbonatos, sulfatos e silicatos;
• arsenetos e cloretos.
2.1 Generalidades - Minérios
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Nativos – Minérios na forma pura ou de ligas
metálicas. Exemplos: ouro (Brasil, África do Sul),
platina (Rússia), mercúrio (Península Ibérica),
cobre (África Central) e ferro (Groenlândia).
De modo geral, a grande maioria dos metais ocorre
em forma de compostos metálicos, principalmente
óxidos e sulfetos. Exemplos: minérios de ferro -
hematita (Fe2O3), a magnetita (Fe3O4), a siderita
(FeCO3) e a pirita (FeS2).
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𝑃𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜𝑠
𝑁𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠: 𝐴𝑢, 𝑃𝑡 𝑂𝑥𝑖𝑑𝑎𝑑𝑜𝑠: 𝐴𝑙, 𝐹𝑒, 𝑆𝑛, 𝐶𝑟, 𝑀𝑛,𝑁𝑏 𝑒𝑡𝑐. 𝑆𝑢𝑙𝑓𝑒𝑡𝑎𝑑𝑜𝑠: 𝐶𝑢,𝑁𝑖, 𝑃𝑏, 𝑍𝑛, 𝐶𝑑, 𝐵𝑖, 𝐹𝑒 𝐶𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛𝑎𝑡𝑎𝑑𝑜𝑠, 𝑠𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑒 𝑠𝑖𝑙𝑖𝑐𝑎𝑡𝑎𝑑𝑜𝑠:𝐶𝑎,𝑀𝑔,𝑁𝑖𝐴𝑟𝑠𝑒𝑛𝑒𝑡𝑜𝑠 𝑒 𝑐𝑙𝑜𝑟𝑒𝑡𝑜𝑠: 𝐶𝑜, 𝐴𝑔
𝑆𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑á𝑟𝑖𝑜𝑠 − 𝑆𝑢𝑏𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜𝑠. 𝐸𝑥:𝑀𝑎𝑔𝑛𝑒𝑡𝑖𝑡𝑎 𝑡𝑖𝑡𝑎𝑛í𝑓𝑒𝑟𝑎
𝑆𝑒𝑚 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙: 𝐺𝑎𝑛𝑔𝑎
Classificação geral dos minérios:
2.1 Generalidades - Minérios
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Metais normalmente
extraído de minérios à
base de óxidos.
Metal Minério Composto
Alumínio Bauxita Al2O3.H2O
Berílio Beril BeO.Al2O3.H20
Cromo Cromita Cr2O3.FeO
Estanho Cassiterita SnO2
Ferro Hematita (vermelha) Fe2O3
Limonita (marrom) Fe2O3.H2O
Magnetita (negra) Fe3O4
Manganês Pirolusita MnO2
Nióbio Pirocloro Nb2O5
Nióbio e tântalo Tantalita Nb2O5.Ta2O5
Silício Sílica/Quartzo SiO2
Titânio Rutilo TiO2
Limenita TiO2.FeO
Tungstênio Volfranita WO3.FeO
Xelita WO3.CaO
Urânio Pichiblenda U3O8
Zircônio Badelita ZrO2
Zirconita ZrO2.SiO2
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Metais normalmente
extraído de minérios à
base de sulfeto.
Metal Minério Composto
Antimônio Estibinita Sb2S3
Bismuto Bismutita Bi2S3
Cádmio Greenoquita CdS
Cobre Calcocita Cu2S
Calcopirita CuS.FeS
Chumbo Galena PbS
Mercúrio Cinabar HgS
Molibdênio Molibdenita MoS2
Níquel Pirrotita NiS.FeS
Prata Argenita Ag2S
Vanádio Patronita V2S5
Zinco Esfarelita ZnS
2.1 Generalidades - Minérios
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Metais normalmente
extraído de minérios à
base de outros sais.
Metal Minério Composto
Magnésio Magnesita MgCO3
Dolomita MgCO3.CaCO3
Níquel Garnierita NiSO3.MgSiO3.H2O
Cobalto Esmaltita CoAs2
Cobaltita CoAs2.AsS
Prata Cerargita AgCl
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Minérios em geral
2.1 Generalidades - Minérios
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𝐹𝑒𝑟𝑟𝑜𝑠𝑜𝑠: 𝐹𝑒 𝑒 𝑠𝑢𝑎𝑠 𝑙𝑖𝑔𝑎𝑠
𝑁ã𝑜 𝑓𝑒𝑟𝑟𝑜𝑠𝑜𝑠
𝑃𝑒𝑠𝑎𝑑𝑜𝑠: 𝐶𝑢,𝑁𝑖, 𝑃𝑏, 𝑍𝑛, 𝑆𝑛 𝐿𝑒𝑣𝑒𝑠:Al, Mg, Be, Li, Ba, Ca, Sr, K, Na, Rb, Cs 𝑁𝑜𝑏𝑟𝑒𝑠: 𝐴𝑢, 𝐴𝑔, 𝑃𝑡, 𝑂𝑠, 𝐼𝑟, 𝑅𝑏, 𝑅ℎ, 𝑃𝑑 𝑆𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑á𝑟𝑖𝑜𝑠: As, Sb, Bi, Cd, Hg, Co
𝑅𝑎𝑟𝑜𝑠
𝑅𝑒𝑓𝑟𝑎𝑡á𝑟𝑖𝑜𝑠:W, Mo, Ta, Nb, T i, Zr, V 𝐷𝑖𝑠𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑠: Ge, In, Ga, Tl, Hf, Re 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠: Ra, Ac, Th, Pa, U, elem. 93 − 102 𝑇𝑒𝑟𝑟𝑎𝑠 𝑟𝑎𝑟𝑎𝑠:Y, La,Ce,Nd, Pr, Sm, Gd, Dy, Er etc.
2.1 Generalidades - Metais
Classificação geral dos metais:
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Salvo poucas exceções, um bem mineral não pode
ser utilizado tal como é obtido na mineração.
É necessários que o minério passe por um
tratamento que se estende a sua extração da jazida
mineral até a redução e refino do metal, permitindo,
dessa forma, a sua utilização na fabricação de
produtos.
Esse tratamento é denominado beneficiamento de
minérios e é constituído de uma série de operações
sequenciais.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
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O beneficiamento de minérios, não obstante ser
essencialmente técnico em suas aplicações, não
pode desprezar o conceito econômico.
Deve-se sempre ter em mente que os custos
decorrentes do tratamento de um determinado bem
mineral não devem ser maiores do que o aumento
do valor do produto beneficiado, salvo em situações
especiais, como no caso de guerra, por exemplo.
Como toda atividade industrial, o beneficiamento
de minério está voltado para o lucro.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
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Ademais, há um conceito social que não pode ser
dissociado do lado técnico do processo, que é o
princípio da conservação dos recursos minerais, pois
estes são bens não renováveis.
As reservas dos bens minerais conhecidos são,
evidentemente limitadas, porque o todo, a Terra, é
limitada.
Assim, não se deve permitir o aproveitamento
predatório desses bens, pois o maior lucro obtido, em
menor prazo possível, dificilmente estará subordinado
aos interesses sociais, não obstante atualmente existirem
leis que controlam os abusos.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
10/05/2017 13:24 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
Equipamentos de escavação e carregamento de minérios:
Evolução dos equipamentos de escavação e carregamento
observando-se a tendência de aumento do porte
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
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10/05/2017 13:24 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
Equipamentos de escavação e carregamento de minérios:
Operação de carregamento e transporte na Mina de
Fort Knox, no Alaska
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
10/05/2017 13:24 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
Equipamentos de escavação e carregamento de minérios:
Adoção de equipamentos de grande porte pela Companhia Vale do
Rio Doce nas operações de ferro em Carajás.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
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10/05/2017 13:25 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
Equipamentos de escavação e carregamento de minérios:
Caminhões Fora de Estrada ou Basculantes
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
10/05/2017 13:25 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
Após a mineração, o minério primário bruto apresenta
morfologia e concentração inadequadas aos processos
finais de redução e refino.
É necessário uma série de operações no minério extraído
das minas (minério bruto) para que o mesmo apresente
morfologia e concentração que permitirão eficiência
tanto no transporte até a usina como também nos
processos de redução e refino.
Ao conjunto dessas operações denomina-se
beneficiamento do minério.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
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Para um minério ser beneficiado, é necessário que as
partículas estejam fisicamente liberadas. Isto implica
que uma partícula deve apresentar, idealmente, uma
única espécie mineralógica.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
10/05/2017 13:25 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
Objetivo do beneficiamento do minério bruto:
• Concentrar o composto metálico e apresentar uma
morfologia que permita uma alta eficiência industrial
e econômica do processo de extração.
• Isso é conseguido, submetendo-se o minério bruto a
uma sequência de operações de beneficiamento
preliminar, tais como: separação da ganga e do
minério secundário, concentração do minério primário
e obtenção de uma morfologia que permita seu fácil
manuseio e maximize a eficiência do processo de
redução.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
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10/05/2017 13:25 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
As operações de beneficiamento de minérios podem ser
divididas em três etapas:
a) Fragmentação do minério bruto, também conhecida
como cominuição;
b) Classificação do minério fragmentado;
c) Concentração do minério classificado.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
a) OPERAÇÕES DE FRAGMENTAÇÃO:
- A maior parte da energia gasta no processamento de um
material é absorvida nas operações de fragmentação;
portanto, grande parte do custo de operação de uma
usina de tratamento de minérios se deve à fragmentação.
- Por esse motivo, existe grande interesse no estudo da
fragmentação, pois qualquer melhoramento nesta
operação conduz a uma importante economia no
processo
- Explosivos são normalmente usados na mineração para
remover o minério da jazida.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
a) OPERAÇÕES DE FRAGMENTAÇÃO:
- A explosão produz blocos volumosos e amorfos
(Figura), inconvenientes ao seu processamento, mas
de um tamanho que permite alimentar as máquinas
para as operações subsequentes.
- No campo de beneficiamento, a operação de
fragmentação agrupa um conjunto de técnicas que
têm por finalidade reduzir por ação mecânica um
sólido de determinado tamanho em partículas
menores e com dimensões adequadas ao seu
manuseio.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
Caminhões transportando blocos de minérios extraídos da mina
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
a) OPERAÇÕES DE FRAGMENTAÇÃO:
- Objetivo básico: reduzir paulatinamente o tamanho
médio dos blocos iniciais do minério extraído da
jazida mineral, sem ainda separar significativamente
a ganga ou concentrar o minério primário.
- Realizada nas seguintes etapas sequenciais:
• britagem,
• trituração,
• moagem,
• pulverização.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
a) OPERAÇÕES DE FRAGMENTAÇÃO:
- Parâmetros de interesse da fragmentação: índice de
redução dimensional médio e potencia necessária para o
aumento da área do minério ao ser fragmentado.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
Operação de fragmentação
Dimensões médias dos
fragmentos (cm) Potência
específica
(Kwh/ton) Entrada saída
Britagem 150-50 30-10 0,2-0,5
Trituração 30-10 5-1 0,5-2
Moagem 5-1 0,5-0,2 2-10
Pulverização 0,5-0,2 < 0,005 > 100
Parâmetros característicos das operações de fragmentação
do minério bruto
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
BRITAGEM - Equipamentos utilizados:
Britadores de mandíbulas:
• Utilizados para efetuar a britagem em blocos de
elevadas dimensões/dureza e com grandes variações de
tamanho na alimentação.
• Compõe-se basicamente de uma mandíbula fixa e uma
móvel ligada ao excêntrico, que fornece o movimento
de aproximação e afastamento entre elas. Desta
maneira, os blocos de minério alimentados na boca do
britador vão descendo entre as mandíbulas enquanto
recebem a compressão responsável pela fragmentação.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
BRITAGEM - Equipamentos utilizados:
• Desenho ilustrativo de um britador de mandíbulas
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
* Esquema de um
britador de mandíbulas.
(1) Mandíbula fixa.
(2) Mandíbula Móvel.
(3) Eixo fixo.
(4) Eixo Móvel.
(5) Braços móveis.
(6) Eixo excêntrico.
(7) Mola de retorno.
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
BRITAGEM - Equipamentos utilizados:
• Desenho ilustrativo de um britador de mandíbulas
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
BRITAGEM - Equipamentos utilizados:
• Desenho ilustrativo de um britador de mandíbulas
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
BRITAGEM - Equipamentos utilizados:
• A especificação desses equipamentos é dada pelas
dimensões de abertura da alimentação (boca).
Exemplo: Britador com 1000 x 1200 mm, apresenta
boca com 1000 mm de largura por 1200 mm de
comprimento.
• A granulometria do produto é estabelecida pelo ajuste
do “set” ou saída de material, sendo então definida
pela razão de redução que deve estar em torno de 5:1.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
BRITAGEM - Equipamentos utilizados:
• Imagem real de um britador de mandíbulas
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
BRITAGEM - Equipamentos utilizados:
• Imagem real de um britador de mandíbulas
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
BRITAGEM - Equipamentos utilizados:
• Imagem real de um britador de mandíbulas
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
BRITAGEM - Equipamentos utilizados:
Britadores giratórios:
• Utilizados quando existe uma grande quantidade de
material a ser fragmentado.
• Mais operacional, pois pode ser carregado por
qualquer lado, além de permitir uma pequena
armazenagem no seu topo – Baixo custo operacional.
• Consta de movimento de aproximação e
distanciamento do cone central em relação à carcaça
invertida. Este movimento circular (85 a 150 rpm) faz
com que toda a área da carcaça seja utilizada na
britagem, fornecendo grande capacidade de operação.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
BRITAGEM - Equipamentos utilizados:
• Desenho ilustrativo de um britador giratório
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
(1) Cabeça giratória.
(2) Concavidade fixa.
(3) Eixo de giro.
(4) Mancal excêntrico.
(5) Engrenagens de
transmissão.
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
BRITAGEM - Equipamentos utilizados:
• Desenho ilustrativo de um britador giratório
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
BRITAGEM - Equipamentos utilizados:
• Desenho ilustrativo de um britador giratório
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
BRITAGEM - Equipamentos utilizados:
• Imagem real de um britador giratório
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
BRITAGEM - Equipamentos utilizados:
Britadores de impacto:
• Nestes equipamentos, a fragmentação é feita por
impacto ao invés de compressão.
• Por meio do movimento das barras (500 a 3000 rpm),
parte da energia cinética é transferida para o material,
projetando-o sobre as placas fixas de impacto onde
ocorre a fragmentação.
• Elevado custo de manutenção e grande desgaste; uso
não aconselhável para rochas abrasivas e de materiais
com valor da sílica equivalente maior que 15%.
• Alta razão de redução e alta percentagem de finos.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
BRITAGEM - Equipamentos utilizados:
• Desenho ilustrativo de um britador de impacto:
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
BRITAGEM - Equipamentos utilizados:
• Desenho ilustrativo de um britador de impacto:
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
BRITAGEM - Equipamentos utilizados:
• Várias imagens britadores de impacto:
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
BRITAGEM - Equipamentos utilizados:
Britadores de rolo dentado:
• Consiste basicamente de um rolo dentado móvel e uma
carcaça fixa (Figura).
• O movimento giratório do rolo provoca a compressão
e cisalhamento do material entre os dentes e a placa
fixada à câmera.
• Emprego limitado devido ao grande desgaste dos
dentes, por ser sensível à abrasão.
• Sua aplicação é aconselhável para rochas de fácil
fragmentação e para britagens móveis (pequenas
dimensões). Produz os menores finos.
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
BRITAGEM - Equipamentos utilizados:
Desenho ilustrativo de um britador de rolo dentado:
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
BRITAGEM - Equipamentos utilizados:
Imagem real interna de um britador de rolo dentado:
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
TRITURAÇÃO - Equipamentos utilizados:
A trituração tem como objetivo na maioria dos casos a
redução granulométrica do material para a próxima etapa
da fragmentação que é a moagem.
Os equipamentos normalmente utilizados são:
trituradores cônicos e trituradores de rolos.
Entretanto, outros equipamentos com os mesmos
princípios de alguns britadores, mas com dimensões
menores, também são utilizados.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
TRITURAÇÃO - Equipamentos utilizados:
Trituradores cônicos:
• Possui o mesmo princípio de operação do britador
giratório, mas com algumas diferenças
• O manto e o cônico apresentam longas superfícies
paralelas, para garantir um tempo longo de retenção
das partículas nessa região.
• No britador giratório a descarga se dá pela ação da
gravidade; no triturador cônico a descarga é
condicionada ao movimento do cone, e a abertura de
saída é controlada por meio de um abaixamento ou
elevação do cone.
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
TRITURAÇÃO - Equipamentos utilizados:
Desenho ilustrativo de um triturador cônico
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
Esquema de um triturador cônico.
(1) Cone móvel de trituração.
(2) Concavidade fixa de trituração.
(3) Eixo móvel.
(4) Funil de alimentação.
(5) Munhão deslizante
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
TRITURAÇÃO - Equipamentos utilizados:
Desenho ilustrativo de um triturador cônico
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
TRITURAÇÃO - Equipamentos utilizados:
Desenho ilustrativo de um triturador cônico
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
TRITURAÇÃO - Equipamentos utilizados:
Trituradores de rolos:
• Consta de dois rolos de aço girando à mesma
velocidade, em sentidos contrários, com uma distância
definida entre eles.
• São destinados a materiais friáveis ou de fácil
fragmentação.
• A alimentação é feita lançando-se os blocos de minério
entre os rolos, cujo movimento faz com que o material
seja forçado a passar pela distância fixada previamente
por parafusos de ajuste, promovendo a sua
fragmentação.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
(1) Rolo triturador
(2) Rolo triturador
(3) Funil de alimentação
(4) Funil de descarga
(5) Carcaça externa.
TRITURAÇÃO - Equipamentos utilizados:
Desenho esquemático de um triturador de rolos
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
TRITURAÇÃO - Equipamentos utilizados:
Desenho esquemático de um triturador de rolos
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
TRITURAÇÃO - Equipamentos utilizados:
Imagem de um triturador de rolos
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
A moagem/pulverização é o último estágio do
processo de fragmentação.
Neste estágio as partículas são reduzidas, pela
combinação de impacto, compressão, abrasão e atrito,
a um tamanho adequado à liberação do mineral que se
vai tratar ou concentrar nas operações subsequentes.
É a área da fragmentação que requer maiores
investimentos, maior gasto de energia e é considerada
uma operação chave para o sucesso de um tratamento.
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
Uma operação inadequada pode resultar num produto
grosseiro com grau de liberação baixo para uma
separação econômica, pois a recuperação consequente
será baixa e a razão de enriquecimento deve ser
terminada no estágio da concentração.
Ou, se exagerada, pode reduzir o tamanho das partículas
desnecessariamente, o que acarretará maior consumo de
energia e, muitas vezes, perdas no processo, devido ao
material ultrafino.
Os equipamento mais empregados: moinho de bolas,
moinho de martelos e moinho vibratório.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
Moinhos de martelos:
• Consiste de um eixo girando em alta rotação, no
qual ficam presos, de forma articulada, vários blocos
ou martelos.
• O equipamento é alimentado pela parte superior e as
partículas sofrem o impacto dos martelos e são
projetadas contra a superfície interna da câmara,
fragmentando-se, para depois serem forçadas a
passar por tela inferior que vai bitolar o tamanho da
descarga.
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
Desenhos esquemáticos de um moinhos de martelos
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
Desenho esquemático de um moinho de martelo
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
Moinhos de martelos:
• Esses equipamentos êm pouca aplicação na
concentração de minérios, pois sendo as gangas
geralmente silicosas, desaconselha-se o seu uso
devido ao grande desgaste da superfície interna, da
tela e dos martelos.
• Mas são bastante empregados no caso de minérios
menos abrasivos.
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
Moinhos de bolas:
• Moinho de bolas: atrito do minério contra esferas de
ferro fundido com dimensões controladas.
• É alimentado com uma polpa do minério moído e
misturado com água.
• A ação das bolas contra as partículas do minério na
polpa provoca a sua pulverização, atritando-as por
meio de um movimento de rotação do corpo cilíndrico
do moinho.
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
Moinhos de bolas:
• São constituídos de uma carcaça cilíndrica de ferro,
revestida internamente com placas de aço ou borracha,
que gira sobre mancais e contém no interior uma carga
sólida de bolas de ferro ou aço (Figura).
• Os corpos moedores/pulverizadores são elevados pelo
movimento da carcaça até um certo ponto de onde
caem, seguindo uma trajetória parabólica, sobre as
outras bolas que estão na parte inferior do cilindro e
sobre o minério que ocupa os interstícios das bolas.
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
Desenho esquemático de um moinho de bolas
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
(1) Alimentador. (2) Descarga. (3) Engrenagem.
(4) Esferas de ferro fundido
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
Desenho esquemático de um moinho de bolas
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
Moinhos de bolas:
• As bolas acompanham o movimento da carcaça e
impelidas pela força centrífuga percorrem uma
trajetória circular (Figura).
• Enquanto a força centrífuga for maior que a força da
gravidade, as bolas permanecem nesta trajetória.
• No momento que o componente da força da gravidade
que se opõe à força centrífuga for maior que esta, as
bolas abandonam a trajetória circular e passam a seguir
uma trajetória parabólica (Figura).
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
Desenho esquemático do movimento das bolas no
interior da carcaça do moinho:
Ponto em que
as 2 forças se
igualam
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
Cálculo da velocidade de rotação crítica do cilindro:
Forças agindo sobre uma bola no moinho:
- Força centrífuga: 𝐹𝐶 =𝑚𝑣2
𝑅
- Força gravitacional:
- Vel. linear do cilindro:
- n = nº de rotações.
𝐹 = 𝑚𝑔
𝑣 = 2𝜋𝑅𝑛
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
Cálculo da velocidade de rotação crítica do cilindro:
• O início da queda da bola ocorrerá quando as duas
forças se igualarem, ou seja:
𝐹𝐶 = 𝐹𝑐𝑜𝑠 ∝∴𝑚𝑣2
𝑅= mg ∙ cosα ∴
∴𝑚 2𝜋𝑅𝑛 2
𝑅= 𝑚𝑔 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝛼 ∴
∴ 𝑛 =𝑔 ∙ 𝑐𝑜𝑠 ∝∙ 𝑅
2𝜋
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
Cálculo da velocidade de rotação crítica do cilindro:
• Aumentando-se a velocidade do moinho haverá um
momento em que a bola ficará presa à carcaça pela
ação da força centrífuga durante a volta completa do
cilindro (α = 0, cos α =1) – a bola não realiza trabalho
e a moagem não ocorrerá – VELOCIDADE CRÍTICA
DO MOINHO.
𝑛𝐶 =𝑔/𝑅
2𝜋
𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑅 𝑒𝑚 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠: 𝑛𝐶 =42,3
2𝑅 (𝑒𝑚 𝑟𝑝𝑚)
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
Movimento das bolas de um moinho em operação:
a) Rotação – as bolas giram em torno delas mesmos
e produzem fragmentação por compressão com
efeito relativamente pequeno.
b) Translação – movimento circular de
acompanhamento da carcaça do moinho até uma
certa altura – não promove fragmentação e é
responsável pelo gasto excessivo de energia no
processo.
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
Movimento das bolas de um moinho em operação:
c) Deslizamento – movimento contrário ao do moinho
– as várias camadas de bolas deslizam umas sobre as
outras e a superfície interna do moinho dando
origem à fragmentação por atrito – efeito acentuado
quando a velocidade do moinho é baixa.
d) Queda – movimento resultante das bolas pela força
da gravidade e que dá origem à fragmentação por
impacto – efeito aumenta com a velocidade de
rotação do moinho.
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
Fatores de influência na eficácia de um moinho de bola:
a) Velocidade de rotação: para velocidades baixas as bolas
não se deslocam com o cilindro (atrito leve) (Figura A);
para velocidades altas as bolas ficam presas na parede
do cilindro e não haverá impacto (Figura C). A
velocidade ótima será a velocidade crítica (B), mas na
prática se usa 75% da velocidade crítica.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
Fatores de influência na eficácia de um moinho de bola:
b) Fator de enchimento (volume ocupado pelas bolas em
relação ao volume do moinho), Carga del molino: La
carga óptima del molino es del 50%, del cual un 30%
es de las bolas y un 20% es producto.
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
Regimes de operação do moinho: Os dois fatores descritos
anteriormente (velocidade de rotação e fator de enchimento),
além de outros fatores, determinam os dois regimes de
operação do moinho.
a) Regime em catarata – a alta velocidade do moinho
carrega as bolas até uma posição bem elevada e elas
caem sobre as outras e sobre a polpa causando
fragmentação por impacto – deve-se usar bolas maiores
para aumentar ainda mais a energia do meio moedor e
baixo fator de enchimento (menos bolas) – regime
adequado para a fragmentação de material mais
grosseiro e para evitar a produção de excesso de finos.
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
a) Regime em catarata
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
b) Regime em cascata: a velocidade baixa do
moinho e o alto fator de enchimento fazem com
que as bolas ao alcançarem uma certa altura
rolem sobre as outras não havendo quase
impacto e a moagem se dá por abrasão e atrito –
deve-se usar bolas de diâmetros menores - este
regime é adequado para a fragmentação de
material mais fino fornecendo um produto de
granulação bem refinada - PULVERIZAÇÃO.
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
b) Regime em cascata:
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos:
- Movimento com os dois regimes:
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
Moagem autógena:
Significado de autógeno: o que faz por si próprio
(autos = próprio, genos = produção).
A moagem autógena é assim chamada por tratar-se
de fragmentação de um material ou de um minério,
por pedaços deste mesmo material.
Moinho autógeno: Nesse equipamento, as
operações de trituração, moagem e pulverização
podem ser condensadas em uma única operação,
para minérios de dureza baixa, em geral à base de
sulfetos.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
Moagem autógena:
Princípio de funcionamento similar ao de moinho de
bolas, mas o atrito é provocado entre os pedaços de
minério de diferentes dimensões, dispensando o uso de
esferas e o uso de água para a formação da polpa
(operação a seco).
Variações do processo:
a) Moagem autógena completa (Full autogenous
grinding – FAG);
b) Moagem semiautógena (Semi autogenous grinding
– SAG);
c) Moagem autógena parcial.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
Moagem autógena:
Na FAG, o minério, que vem da mina sem nenhuma, ou
com pouca britagem, é totalmente alimentado no moinho
autógeno, e no classificador que trabalha acoplado ao
moinho, o material é retirado na granulometria desejada.
Na SAG, pode-se incluir as moagens autógenas em que
são empregados métodos auxiliares, tais como o uso de
algumas bolas de aço para facilitar a fragmentação de
uma fração mais resistente à moagem e com tendência a
manter-se muito tempo no moinho, ou retomar várias
vezes no classificador como carga circulante.
Na moagem autógena parcial, só o moinho de bolas é
substituído por um moinho autógeno.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
Moagem autógena:
Desenho esquemático de um moinho autógeno:
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
(1) Minério;
(2) Ar;
(3) Descarga;
(4) Motor;
(5) Engrenagem;
(6) Rolos de apoio ao tambor.
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
Moagem autógena:
Desenho esquemático de um moinho autógeno:
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
(1) Minério;
(2) Ar;
(3) Descarga;
(4) Motor;
(5) Engrenagem;
(6) Rolos de apoio ao tambor.
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
Moagem autógena:
Imagem de um moinho autógeno:
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
b) OPERAÇÕES DE CLASSIFICAÇÃO:
- O minério bruto, fragmentado até a pulverização,
apresenta uma distribuição estatística de tamanho ou
diâmetro médio dos fragmentos, a qual deve ser
separada segundo os tamanhos ótimos (classificada)
para a posterior concentração do composto metálico.
- Este objetivo pode ser atingido por meio de dois tipos
de operação:
• Peneiramento do minério fragmentado;
• Sedimentação dos fragmentos em meio fluido.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
PENEIRAMENTO:
Pode ser definido como a separação mecânica dos
fragmentos de acordo com o seu tamanho, por meio de
peneiras reticulares feitas com fios metálicos (aço).
Em geral, a operação é feita por meio de movimentos
de vibração ou rotação aplicados em conjuntos
superpostos de peneiras.
As operações de peneiramento se limitam à separação
de fragmentos de tamanhos relativamente grandes, até
10-1mm. Tamanhos menores só podem ser eficientemente
separados por meio de sedimentação.
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
PENEIRAMENTO:
As retículas das peneiras são geralmente padronizadas.
A padronização mais utilizada é a American Tyler
Screen Scale.
Nessa padronização, quando se passa de uma peneira
para a imediatamente superior, a área da abertura é
multiplicada por dois e, portanto, o lado da malha é
multiplicado por um fator de 21/2 (1,41).
A retícula é designada pelo número de aberturas por
comprimento em polegadas (meshes/inch), abreviado por
mesh number.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
PENEIRAMENTO:
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
PENEIRAMENTO:
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
PENEIRAMENTO:
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
PENEIRAMENTO - Equipamentos:
Desenho esquemático de peneiras vibratória
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
PENEIRAMENTO - Equipamentos:
Desenho esquemático de peneiras vibratória
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
PENEIRAMENTO - Equipamentos:
Imagem de uma peneira vibratória
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
PENEIRAMENTO - Equipamentos:
Imagem de uma peneiras vibratórias
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
SEDIMENTAÇÃO:
Pode ser definida como a separação dos fragmentos
segundo seu tamanho, através da diferença de velocidade
com que os fragmentos decantam em um meio fluido,
geralmente a água.
Essa velocidade de queda, ou de sedimentação no
fluido, é dada pela Lei de Stokes, admitindo-se fluxo
laminar.
v = velocidade de queda; s = densidade do fragmento; d = diâmetro
médio do fragmento; = densidade do fluido; = viscosidade do
fluido; g = aceleração da gravidade.
v = d2 (s - ) g / 18
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
SEDIMENTAÇÃO:
No caso de regimes turbulentos, a velocidade de queda
pode ser calculada aproximadamente pela Lei de Rettinger
e Newton:
v = {3d (s - ) g /}1/2
Minério fragmentado com dois compostos (primário e
secundário) com densidades diferentes, haverá dois
diâmetros médios para os quais a velocidade de queda será
a mesma (taxa de decantação livre):
𝑑1
𝑑2=
𝜌2−𝜌
𝜌1−𝜌
1 2 Laminar
𝑑1
𝑑2=
𝜌2−𝜌
𝜌1−𝜌 Turbulento
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
SEDIMENTAÇÃO:
Exemplo: Mistura mineral composta de quartzo
(ρ1=2,65) e galena (ρ2=7,5):
- Decantação livre e fluidos puros (água: ρ = 1)
𝑑1
𝑑2= 1,985 Laminar
𝑑1
𝑑2= 3,94 Turbulento
- Decantação interferente (polpa: ρ = 1,5)
𝑑1
𝑑2= 2,28 Laminar
𝑑1
𝑑2= 5,22 Turbulento
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
SEDIMENTAÇÃO:
O objetivo básico da classificação por decantação é o
de separar fragmentos de acordo com seu tamanho e não
de acordo com sua densidade.
Isso requer taxas de decantação próximas da unidade,
as quais são mais fáceis de obter sob fluxo laminar e
ainda mais em decantação livre.
Portanto, a classificação será tanto mais eficiente
quanto menor os fragmentos de minério e na medida que
se evite a presença da polpa.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
SEDIMENTAÇÃO:
Tipo básico de classificador por sedimentação:
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
SEDIMENTAÇÃO:
Desenho esquemático de um classificador por sedimentação:
(1) Alimentação da polpa.
(2) Sedimentação de fragmentos
grandes.
(3) Sedimentação de partículas
pequenas.
(4) Descarga com partículas
muito pequenas.
(5) Corrente ascendente de
água.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
c) OPERAÇÕES DE CONCENTRAÇÃO:
• Objetivo das operações: tomar o minério classificado e
dele separar os diferentes produtos (compostos)
baseando-se em suas diferenças de propriedades físicas.
• Dessa separação deve resultar uma “concentração” do
principal composto do minério primário, isto é, deve
resultar um produto, denominado de “concentrado”, no
qual predomina quantitativamente o principal composto
do minério.
• Este objetivo pode ser alcançado através dos seguintes
tipos de operações:
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
c) OPERAÇÕES DE CONCENTRAÇÃO:
FLOTAÇÃO – separação utilizando a tensão superficial dos
mesmos;
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL – separação utilizando
diferenças de densidade;
SEPARAÇÃO MAGNÉTICA – separação utilizando
diferenças nas propriedades magnéticas;
SEPARAÇÃO ELETROSTÁTICA - separação utilizando
diferenças na condutividade elétrica.
ESPESSAMENTO E FILTRAGEM – separação utilizando
a capacidade de formar suspensão em água;
LIMPEZA GASOSA – separação utilizando a capacidade
de formar suspensão no ar.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
FLOTAÇÃO:
• A separação (ou concentração) por flotação baseia-se na
maior ou menor habilidade que a superfície do produto
apresenta em deixar-se molhar pela água.
• Essa capacidade, denominada de molhabilidade, é
determinada pelo jogo quantitativo das energias de
superfícies (ou tensões superficiais).
- S/L = tensão superficial entre o sólido e a água.
- S/A = tensão superficial entre o sólido e o ar.
- L/A = tensão superficial entre a água e o ar.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
FLOTAÇÃO:
• Sólido hidrofóbico - apresenta baixa molhabilidade
pela água, ou seja:
S/L S/A, L/A
• Sólido hidrofílico quando apresenta alta
molhabilidade pela água, ou seja:
S/A S/L, L/A
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
FLOTAÇÃO:
* Esquema de uma célula de
flotação.
(1) Alimentação da polpa e dos
aditivos.
(2) Distribuidor de bolhas de ar.
(3) Ar comprimido.
(4) Fragmentos não flotantes
maiores.
(5) Fragmentos não flotantes
menores.
(6) Descarga.
(7) Camada flotada.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
FLOTAÇÃO:
• A flotação é uma operação de largo uso,
principalmente para sulfetos, e seu rendimento é
relativamente alto, na faixa de 70 a 98%, a um custo
relativamente baixo.
• Uma das suas grandes vantagens reside no fato de
apresentar alto rendimento para partículas
pulverizadas de pequenas dimensões (mícron).
• Flotação seletiva para minérios complexos com a
utilização de diversos aditivos.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
FLOTAÇÃO:
Esquema simplificado de um fluxograma de flotação seletiva.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
FLOTAÇÃO:
• A flotação esta entrelaçada com a concentração baseada
no comportamento físico químico das superfícies das
partículas minerais presentes numa suspensão aquosa.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
• A separação gravitacional baseia-se na diferença de
densidade dos minérios e compostos metálicos.
• É usada particularmente na concentração de minérios
muito ou pouco densos e dentro de uma ampla gama
de dimensões dos fragmentos.
• Tanto a eficiência como a capacidade da operação
decrescem rapidamente, à medida que a dimensão
média do fragmento se situa abaixo de 0,1 mm, a qual
apresenta um grande arrasto fluido devido a sua
inércia.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
• Normalmente utilizada para polpas densas e de modo a utilizar as
altas taxas de decantação.
• É estabelecida uma polpa com densidade média situada entre as
densidades dos minérios que queremos separar ou concentrar.
• Um exemplo típico é o da separação de sílica (densidade = 2,65) e
de sulfetos (densidade = 3,5 a 4,5). A sílica flutuará e o sulfeto
decantará numa polpa com densidade elevada, na ordem de 3.
• É uma operação largamente utilizada para minérios à base de
sulfetos e de custo suficientemente baixo para ser utilizada
inclusive para minérios de ferro, particularmente a magnetita
(Fe2O4).
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
SEPARAÇÃO MAGNÉTICA:
• Baseia-se na diferença de propriedades magnéticas dos
componentes minerais.
• Alguns minérios como a magnetita (Fe2O4) e a pirrotita
(NiS.FeS), são materiais ferromagnéticos e, portanto,
fortemente atraídos por um imã magnético.
• Outros minérios, como a ilmenita (TiO2. FeO) e a hematita
(Fe2O3), são materiais paramagnéticos e, portanto, fracamente
atraídos por um imã magnético.
• O quartzo (SiO2) e a calcita (CuS), são materiais não
magnéticos, ou mesmo diamagnéticos, sendo fracamente
repelidos por um imã.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
SEPARAÇÃO MAGNÉTICA:
• A operação de separação magnética é largamente
utilizada na concentração de minérios magnéticos, em
particular da magnetita.
• Pode ser utilizada a seco na separação de grandes
fragmentos, na ampla faixa de 100 a 5 mm, e com
polpas na separação de partículas de menor tamanho.
• Custo relativamente baixo, permitindo a exploração de
magnetitas consideradas pobres (30% Fé),
concentrando-a até 70% de ferro.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
SEPARAÇÃO MAGNÉTICA:
Tipo de separador magnético. (1) Alimentação. (2) Fragmentos não magnéticos.
(3) Fragmentos magnéticos. (4) Baterias de imãs eletromagnéticos. (5) Imã forte.
(6) Imã fraco.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
SEPARAÇÃO MAGNÉTICA:
Diagrama esquemático de um separador magnético de correias cruzadas.
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
SEPARAÇÃO MAGNÉTICA:
Diagrama esquemático de um separador magnético de rolo induzido
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
SEPARAÇÃO ELETROSTÁTICA:
• Os compostos minerais apresentam uma grande variação
quanto a sua condutividade elétrica.
• Se diversas partículas sólidas de diferentes compostos
forem carregadas eletricamente e colocadas em contato
com um condutor aterrado, a carga elétrica deixará, mais
rapidamente, as partículas de maior condutividade.
• Enquanto a carga permanecer na partícula, ela se manterá
atraída pelo condutor aterrado.
• Assim, os compostos de menor condutividade
permanecerão mais tempos atraídos e agregados pelo
condutor.
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
SEPARAÇÃO ELETROSTÁTICA:
• Esse comportamento é utilizado na separação
eletrostática de minérios com diferentes condutividades
elétricas.
• Um bom exemplo é a separação da ilmenita (Ti.O2.H2O)
e do rutilo (TiO2), os quais se apresentam geralmente
misturados com sílica comum (SiO2).
• O processo só é eficiente para fragmentos com
dimensões pequenas, abaixo de 0,1 mm, e deve ser feita
à seco, já que a umidade pode alterar o comportamento
eletrostático
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
SEPARAÇÃO ELETROSTÁTICA:
Diagrama esquemático do separador eletrodinâmico ou de alta tensão.
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
SEPARAÇÃO ELETROSTÁTICA:
* Esquema de separador eletrostático: (1) Esteira de alimentação. (2)
Eletrodos de alta tensão. (3) Tambor metálico ligado a terra. (4) Fragmentos
de alta condutividade. (5) Fragmentos de baixa condutividade.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
SEPARAÇÃO ELETROSTÁTICA:
Separação Eletrostática é um processo de concentração baseada na
condutividade elétrica apresentada pelos minerais.
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
ESPESSAMENTO E FILTRAGEM:
• Nas operações que utilizam polpa úmida, como, por
exemplo, a flotação, torna-se necessário a posterior
separação dos fragmentos sólidos concentrados em
suspensão na água.
• Isso poder ser conseguido através das operações de
filtragem ao final da qual o teor de umidade do minério
concentrado deverá estar abaixo de 5%.
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
ESPESSAMENTO E FILTRAGEM:
• Para que a filtragem possa apresentar alta eficiência,
torna-se necessário precedê-la de uma operação
preliminar denominada espessamento da polpa a ser
filtrada, ou seja, retirar preliminarmente certa quantidade
de água, de modo a deixá-la com pelo menos 50% de
polpa.
• O espessamento é conseguido simplesmente por
decantação cumulativa das partículas em suspensão, isto
é, decantação regida pela Lei de Stokes.
• O espessamento visa uma concentração efetiva de
sólidos.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
ESPESSAMENTO E FILTRAGEM:
Mostra separação baseada na velocidade de sedimentação das partículas
imersas num meio fluido
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
ESPESSAMENTO E FILTRAGEM:
• Para acelerar e aumentar a eficiência do espessamento, são
utilizados aditivos denominados de floculizantes, cuja
função é a de aglomerar as partículas em suspensão
formando flocos (colônias de partículas) que decantam
mais rapidamente.
• Cal e aminas são utilizados com sucesso como
floculizantes, na proporção aproximada de 100 g/ton de
polpa.
• O espessamento é utilizado geralmente em tanques de
fundo cônico. Os flocos sedimentam e são lentamente
varridos por pás mecânicas (uma volta a cada 5 ou 10 min.)
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
ESPESSAMENTO E FILTRAGEM:
Tanque de espessamento de polpas. (1) Alimentação. (2) Eixo suspenso.
(3) Descarga de água limpa. (4) Tanque. (5) Pás rotativas. (6) Placas de
anodo. (7) Descarga da polpa espessa.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
ESPESSAMENTO E FILTRAGEM:
• A polpa espessada pode ser então filtrada. A filtragem
consiste essencialmente em forçar a passagem da polpa
espessada através de um tecido, geralmente feltro, cuja
textura permite a passagem da água e não das partículas
do minério.
• Podemos forçar a passagem por meio de pressão (ar
comprimido) ou vácuo, sendo este último o método mais
recomendado por permitir uma operação contínua do
processo.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
ESPESSAMENTO E FILTRAGEM:
Tanque para filtragem de polpas: (1) Alimentação. (2) Munhões.
(3) Circuito de vácuo. (4) Fundo falso. (5) Água pura.
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
ESPESSAMENTO E FILTRAGEM:
Equipamentos de filtragem após a operação.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
LIMPEZA GASOSA:
• Em diversos processos de metalurgia extrativa, obtemos
resíduos sólidos e líquidos que se mantêm em suspensão
no ar.
• Estes resíduos podem ser impurezas poluentes do ar ou
mesmo produtos de valor que devem ser separados e
concentrados. Essa separação de partículas em suspensão
é normalmente feita por “limpeza gasosa” tais como:
- Sedimentação em câmara;
- Separação em ciclones;
- Separação em precipitadores eletrostáticos.
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
LIMPEZA GASOSA:
Correlação entre o tipo e o tamanho das partículas e o tipo de limpeza
10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
LIMPEZA GASOSA:
• A sedimentação em câmara consiste, essencialmente, na
decantação das partículas em uma câmara de retenção no
circuito de tiragem do ar.
• O ciclone é um dispositivo cilíndrico no qual injetamos o
ar tangencialmente, provocando sua centrifugação contra
as paredes internas. Com isso, provoca-se uma
sedimentação forçada no sentido radial, com uma
aceleração radial da ordem de 100 vezes a aceleração da
gravidade. As partículas decantam radialmente segundo a
Lei de Stokes e são recolhidas continuamente.
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10/05/2017 13:26 ESTATÍSTICA APLICADA I - Teoria das Probabilidades
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
LIMPEZA GASOSA:
Ciclone para limpeza gasosa.:
(1) Entrada do ar.
(2) Descarga de ar limpo.
(3) Válvula de descarga das
partículas separadas.
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
LIMPEZA GASOSA:
• Precipitador eletrostático, dispositivo custoso, mas de
alta eficiência.
• Consiste em um cilindro vertical com um cabo na linha
central do cilindro.
• É aplicada uma tensão, na faixa de 50.000 a 70.000 volts,
onde o cabo fica ligado ao polo negativo.
• O ar passa pelo cilindro e ioniza-se, ficando as partículas
em suspensão carregadas negativamente que se deslocam
para a parede do cilindro e posteriormente são removidas
continuamente.