relatório final ter 17 jul 2012

7/30/2019 Relatrio Final Ter 17 Jul 2012

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MINISTRIO DA EDUCAO E DO DESPORTOEscola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto

Departamento de Engenharia de MinasPrograma de Ps-Graduao em Engenharia Mineral PPGEM

SEPARAO MAGNTICA DE UM

REJEITO DE CONCENTRAO DE MINRIO DE


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QUE



SUMRIO

1 INTRODUO ................................................................................................................................. 1

2 OBJETIVO........................................................................................................................................ 3

3 REVISO BIBLIOGRFICA ................................................................................................................ 4

3.1 CONCEITOS SOBRE MAGNETISMO .................................................................................................. 5

3.1.1 Campo magntico ............................................................................................................. 63.1.1.1 Intensidade .............................................................................................................................. 7

3.1.1.2 Gradiente ................................................................................................................................. 8

3.2 MAGNETIZAO ........................................................................................................................ 9

3.2.1 Susceptibilidade e Permeabilidade Magnticas ................................................................10

3.2.1.1 Histerese ................................................................................................................................ 13

3 2 1 2 A t i l 14


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4.2 METODOLOGIA.........................................................................................................................38

4.2.1 Determinao da densidade .............................................................................................38

4.2.2 Caracterizao granulomtrica ........................................................................................39

4.2.3 Caracterizao qumica ....................................................................................................40

4.2.4 Caracterizao por separao magntica .........................................................................40

4.2.4.1 Ajuste do equipamento ...................................................... ................................ .................... 42

5 APRESENTAO E DISCUSSO DE RESULTADOS ............................................................................45

5.1 CARACTERSTICAS GRANULOMTRICAS ...........................................................................................45

5.2 CARACTERSTICAS QUMICAS ........................................................................................................47

5.3 SEPARAO MAGNTICA ............................................................................................................48

6 CONCLUSES .................................................................................................................................50

7 REFERNCIAS 52


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LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1TIPOS DE CAMPO MAGNTICO. ....................................................................................................................... 7

FIGURA 2CURVA DE MAGNETIZAO E PERMEABILIDADE RELATIVA DO FERRO CONVENCIONAL. ..................................................11

FIGURA 3RELAO ENTRE INDUO MAGNTICA E CAMPO DE FORAS PARA SUBSTNCIAS FERROMAGNTICAS. .............................12

FIGURA 4CURVA DE HISTERESE DE UM MATERIAL FERROMAGNTICO. ..................................................................................14

FIGURA 5EQUIPAMENTO DE SEPARAO MAGNTICA TUBO DAVIS PARA MEDIO DO TEOR DE MATERIAL FERROMAGNTICO. ..........21

FIGURA 6RVORE DE DECISO QUANTO AO TIPO DE SEPARADOR MAGNTICO. .......................................................................24


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LISTA DE TABELAS

TABELA IATRAO MAGNTICA RELATIVA DE MINERAIS COMUNS........................................................................ 15

TABELA IIAPLICAES DA SEPARAO MAGNTICA. ........................................................................................ 16

TABELA IIICARACTERSTICAS MINERAIS E DO EQUIPAMENTO DE SEPARAO MAGNTICA. ......................................... 23

TABELA IVCARACTERIZAO DOS TIPOS COMUNS DE MATRIZ PARA SEPARADOR MAGNTICO A MIDO DE ALTA INTENSIDADE

................................................................................................................................................... 27

TABELA V

RELAO DOS MINERAIS PRESENTES NA JAZIDA MSF. ......................................................................... 37TABELA VIDESCRITIVO DOS MINERAIS PRESENTES NA JAZIDA MSF. ..................................................................... 37

TABELA VIIEXPERIMENTOS EM LABORATRIO COM SEPARADOR MAGNTICO......................................................... 43

TABELA VIIIRESULTADOS DE DISTRIBUIO GRANULOMTRICA DO MINRIO PIRROTITA. ........................................... 45

TABELA IXCONFERNCIA DA DISTRIBUIO GRANULOMTRICA DO REJEITO ........................................................... 45

TABELA XCARACTERIZAO QUMICA DE REJEITO DA MSF.. .............................................................................. 47

T A1 M 54


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RESUMO

O presente trabalho avaliou a separao magntica como rota de

reaproveitamento para o rejeito da etapa de concentrao do minrio de nquel,

o qual proveniente da Minerao Serra da Fortaleza MSF em Fortaleza de

Minas/MG. O material de estudo apresentou-se em forma de polpa que foi

devidamente manipulada para a obteno de amostras representativas noLaboratrio de Tratamento de Minrios LTM do Departamento de Engenharia

de Minas DEMIN da Universidade Federal de Ouro Preto UFOP.

A metodologia experimental foi baseada num planejamento de

experimentos, usando o software MINITAB, em que se elegeram: intensidade


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Analisando-se os dados de massa dos fluxos, viu-se que nveis mais

altos de intensidade de campo magntico favoreceram a coleta das espcies

ferro e paramagnticas; j o fluxo no-magntico mostrou preferncia por

campos mais baixos. Em termos de percentagem de slidos e de superfcie da

matriz, os dois fluxos exibiram concordncia apenas quanto a primeira varivel:

alimentaes mais ricas em slidos favoreceram maiores valores de massa.

Em geral, a anlise feita com os dados obtidos mostra uma tendncia,

embora no bem definida, em funo de insuficincia de dados, erros

operacionais, devido a no-padronizao de parmetros de controle, como

forma de alimentao do separador, tempo de ensaio, controle da gua de

l Al di l b lh d di i d


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1 INTRODUO

A recuperao de rejeitos na indstria mnero-metalrgica prtica usual, de

modo que os requisitos de sustentabilidade do negcio sejam respeitados. Nesse

contexto, empregam-se os processos de concentrao mineral que se baseiam nas

propriedades diferenciadoras das espcies minerais presentes, tais como a

densidade, caractersticas de superfcie, tamanho, etc.. Dentre esses processos,

destaca-se no presente estudo o que se baseia na susceptibilidade magntica das

partculas minerais separao magntica.

A separao magntica, muitas vezes chamada concentrao magntica,

distino desnecessria sob o ponto de vista dos princpios do mtodo, uma

tcnica de concentrao, em que as partculas do material so submetidas a aode um campo magntico, sendo dispostas no mesmo a seco ou a mido; a

colocao dessas partculas nas classes magntica e no-magntica uma funo

das susceptibilidades magnticas individuais das mesmas. Dentro da classe

magntica (ferro ou paramagntica), situa-se o material do presente trabalho


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Deste modo, define-se o objetivo principal do trabalho aqui tratado: estudar a

separao magntica como rota de aproveitamento de um rejeito de minrio de

nquel. Como procedimento experimental, contemplou-se um esquema de

caracterizao qumica, granulomtrica e tecnolgica, onde essa ltima foi

representada pelos ensaios em separador magntico em escala de laboratrio.

Esses ensaios de caracterizao foram, primariamente, traados para serem

executados nas instalaes da Universidade Federal de Ouro Preto UFOP.

Os resultados obtidos com este levantamento podero integrar uma base de

conhecimento terico para o processamento mineral de minrio de nquel, via

separao magntica, priorizando o controle de variveis operacionais importantes


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2 OBJETIVO

Planejar, executar e analisar os resultados de ensaios em escala de

laboratrio de separao magntica de rejeito da etapa de concentrao de minrio

de nquel proveniente da Minerao Serra da Fortaleza MSF.

Da forma como o programa de ensaios foi executado, viabilizou-se a anlise

da influncia de variveis operacionais no desempenho da concentrao magntica.


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3 REVISO BIBLIOGRFICA

Neste captulo, apresenta-se uma breve reviso bibliogrfica sobre

separao magntica que o mtodo de concentrao considerado no presente

estudo para o minrio pirrotita. Inicialmente, faz-se um resumo dos conhecimentos

bsicos sobre magnetismo, passando ao conceito de concentrao magntica,

identificao dos mecanismos de separao e os principais equipamentos

empregados nessa tcnica de separao. Nesta reviso so abordadas ainda as

caractersticas principais do minrio pirrotita, j que constitui o material de trabalho.

A escolha do mtodo adequado para a concentrao de minerais contidos

num minrio depende, dentre outros fatores, da granulometria de liberao e da

propriedade diferenciadora entre os minerais de interesse e os de ganga.

Os principais mtodos de concentrao baseiam-se nas seguintes

propriedades: densidade, susceptibilidade magntica, condutividade eltrica

superficial e molhabilidade. De acordo com a propriedade diferenciadora


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3.1 Conceitos sobre Magnetismo

Define-se Magnetismo como o ramo da Fsica que estuda os materiais

magnticos - materiais capazes de atrair ou repelir outros, (Lage, 2010).

Quando submetida ao de um campo magntico, qualquer substncia

responder de alguma maneira, e esta ltima ser determinada por sua

susceptibilidade magntica. Baseando-se nessa propriedade, os materiais podem

ser classificados em duas categorias principais:

materiais paramagnticos - so fortemente atrados pelo campo magntico,

direcionando-se aos pontos de maior intensidade deste campo. Como exemplos de

minerais paramagnticos que podem ser concentrados em separadores de altaintensidade, tem-se: ilmenita, rutilo, wolframita, monazita, siderita, pirrotita, cromita,

hematita, e vrios minerais de mangans, (Oliveira, 2010);

materiais diamagnticos - so repelidos ao longo das linhas de foras do campo

magntico, voltando-se para o ponto onde a intensidade desse campo menor.


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Conforme a susceptibilidade magntica, distinguem-se trs classes de

materiais: ferromagnticos, paramagnticos e diamagnticos. Materiais classificadoscomo ferromagnticos, como o caso da magnetita (Fe3O4), so atrados,

fortemente, ao longo das linhas de fora de um campo magntico, onde o campo

tem maior intensidade. J os materiais paramagnticos so os fracamente atrados

ao longo das linhas de fora de um campo magntico, como o exemplo da

hematita (Fe2O3). Os materiais diamagnticos, tais como o quartzo, a barita, afluorita, etc., exibem susceptibilidade magntica negativa, sendo repelidos sob a

ao de um campo magntico, (Sampaio et alli., 2010).

3.1.1 Campo magntico

O campo magntico ou, mais exatamente, seus efeitos so conhecidos

desde pocas muito antigas, quando foram observados, pela primeira vez, os efeitos

da magnetita um m permanente encontrada em forma natural. A descoberta das


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(1)

No vcuo, a permeabilidade magntica assume o valor igual a 0, e sob

essa condio, e diferem pelo fator de proporcionalidade (). Assim, conformeSampaio et alli. (2010), as duas grandezas so chamadas, indistintamente, como

campo magntico.

3.1.1.1 Intensidade, (Lage, 2010), (Oliveira, 2010)

A natureza do campo magntico tem influncia na separao dos diferentes

tipos de minerais. A aplicao em escala contnua da separao magntica s foi

possvel quando se produziu um campo magntico convergente, para o qual fluem

as partculas com maior susceptibilidade magntica (Figura 1).


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magntica. Com baixa intensidade de campo, separam-se os minerais com elevadas

susceptibilidade, e os que exibem valores mais baixos desse parmetro soseparados em campos de alta intensidade.

Em geral, o controle da intensidade de campo magntico feito com o

emprego de eletroms, variando a corrente eltrica. Para alguns concentradores,

pode-se variar o campo mediante ajuste prvio da distncia entre os plos. J os

separadores de ms permanentes no apresentam maiores flexibilidades variao

da intensidade de campo comparado queles equipamentos convencionais com

eletroms.

3.1.1.2 Gradiente, (Oliveira, 2010)

O gradiente de campo magntico pode ser estabelecido pela construo de

um plo de eletrom com a rea bem menor que a do plo oposto, ou ainda pela

utilizao de matrizes entre os plos do eletrom.


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magnetismo residual: condio assegurada pelo material de fabricao da matriz.

Quando essa estrutura retm quantidade significativa de magnetizao, torna-seimpossvel a remoo das partculas magnetizadas.

3.2 Magnetizao

Toda matria se compe de tomos, e esses por sua vez se constituem de

eltrons em movimento. Cada um desses circuitos de eltrons pertence a um s

tomo, recebendo o nome de corrente atmica. Dessa forma, definem-se duas

espcies de corrente capazes de produzir campos magnticos: i) convencional

relacionada com o movimento de eltrons livres ou de ons carregados; ii) atmicade carter puramente circulatrio, no transportando cargas.

Considera-se cada corrente atmica um pequeno circuito fechado com

dimenses atmicas, e assim sendo apropriadamente descrita como um dipolo

magntico. Nesse contexto, destaca-se o momento magntico desse dipolo que,


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Diferentemente de Sampaio et alli. (2010) ao definir magnetizao como

vetor densidade de corrente de magnetizao, Reitz et alli. (1982) afirmou emsua fundamentao que uma das derivadas rotacionais de mas que,macroscopicamente, todos os efeitos magnticos devidos matria podem ser

descritos em termos de ou de:

(4)

3.2.1 Susceptibilidade e Permeabilidade Magnticas

Admite-se que a susceptibilidade magntica (K) e a permeabilidademagntica () so constantes caractersticas dos materiais. Essa afirmativa constitui

uma verdade se a medio executada sob intensidade de campo definida;

contudo, estar longe de ser uma verdade, caso as medies sejam realizadas em

intensidades distintas de campo, (Arruntegui).


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Figura 2 Curva de magnetizao e permeabilidade relativa do ferro convencional

(estado recozido), (Reitz et alii., 1982).

Para se resolver problemas da teoria magntica, essencial haver uma

relao entre e , tal como indicado pela equao (1), ou de forma equivalente,


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No contexto acima, Oliveira (2010) detalhou que para os materiais

paramagnticos, k no ultrapassa o valor de 10-3, enquanto que para osdiamagnticos, k usualmente menor (em mdulo) que 10-5; j a susceptibilidade

magntica de um material ferromagntico, segundo esse autor, depende do campo

de magnetizao, da natureza do material e manuseio da amostra.

A dependncia da permeabilidade magntica com a intensidade do campo,

no caso dos materiais ferromagnticos, explicada por Arruntegui como sendo

uma funo do tipo de tratamento trmico ou da composio do material, e no do

valor de saturao da induo. Ao analisar o diagrama x (Figura 3), o autormostrou ainda que a relao entre essas grandezas magnticas no a mesma

para todas as substncias, considerando-se os efeitos do campo sobre . As

substncias fracamente magnticas no manifestam tais mudanas em

permeabilidade em funo do campo, como acontece com as ferromagnticas.

Segundo Arruntegui, isso no conhecido seja porque as substncias

paramagnticas, intrinsicamente, no sofrem os efeitos ou a faixa de

experimentao no tem sido conduzida para campos adequados. Logo, assume-se


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3.2.1.1 Histerese, (Reitz et alli., 1982)

Analisando-se o comportamento de uma amostra no magnetizada de

material ferromagntico, segundo a Figura 3, nota-se que a intensidade magntica

( e ), inicialmente nula, elevando-se monotonicamente, desenvolver a relao B H vista na equao (1). A permeabilidade mxima (mx.) ocorrer no joelho da

curva, sendo que para alguns materiais da ordem de 10

5

o (o permeabilidadeno vcuo); j em outros materiais, mx. muito menor.

Ao se considerar uma amostra magnetizada de material ferromagntico, se a

intensidade magntica () for diminuda, a relao B H no retornar pela curvadada na Figura 3, mas sim se deslocar ao longo da nova curva da Figura 4 at o

ponto r. Uma vez estabelecida, a magnetizao no desaparecer com a remoo

de . Na realidade, ela tomar uma intensidade magntica invertida, de modo quese reduza a magnetizao a zero.

Se continuar a aumentar, a magnetizao ( ) e a induo ( ) se


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Figura 4 Curva de histerese de um material ferromagntico, (Reitz et alli., 1982).

3.2.1.2 Aspecto mineral

Segundo Arruntegui, os dados existentes de susceptibilidade e de

permeabilidade magnticas dos minerais no so aproveitveis, devido a: i) grande

influncia exercida pelas impurezas presentes - mecanicamente retidas nos gros


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Um exemplo do aspecto tratado acima a presena de slica (SiO 2) ou

alumina (Al2O3) em concentrados ricos em magnetita que reduzem o desempenhodos equipamentos separadores, como o Tubo Davis.

Tabela I Atrao magntica relativa de minerais comuns, (Lima, 2012).


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3.3 Concentrao magntica

Embora seja um mtodo consagrado na rea de processamento mineral

para a concentrao de muitas substncias minerais, comum, na indstria em

geral, a distino entre separao magntica e concentrao magntica. O

primeiro termo associado s aplicaes de retirada do rejeito magntico, sendo de

interesse o fluxo no magntico. J o termo concentrao magntica utilizado

nas situaes, em que o produto til constitudo pelo fluxo de minerais

ferromagnticos e/ou paramagnticos. No entanto, essa distino desnecessria,

sob o ponto de vista dos princpios do mtodo, (Lage, 2010).

A separao magntica pode ser classificada em 4 categorias, dependendo

do meio utilizado e da intensidade de campo magntico: i) separao magntica aseco; ii) separao magntica de baixa intensidade; iii) separao magntica a

mido, e iv) separao magntica de alta intensidade, (Sampaio et alli., 2010). Essa

concentrao feita a seco empregada, em geral, para granulometria grossa,

enquanto que a presena de partculas mais finas exige a adoo do meio mido


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3.3.1 Mecanismos

O fenmeno que governa a separao magntica relaciona-se com duas

questes principais: i) o comportamento das partculas de minerais diferentes

quando expostas a um mesmo campo magntico; ii) a intensidade da fora

magntica que atua sobre as partculas dos minerais.

Na situao inicial podem ser observadas as respostas das partculas dos

diferentes minerais ao campo magntico a elas aplicado, resultando em

comportamentos atrativos ou repulsivos das mesmas pelo campo. Na Figura 3

anterior foi visto que, para o caso dos materiais ferromagnticos como a magnetita,

a resposta da induo com o campo rpida; na situao de materiais

paramagnticos, a induo magntica menos acentuada.

A questo que envolve a fora magntica relaciona-se com o tipo de campo

magntico aplicado e com as consequncias que surgem para a partcula mineral.

Caso se tenha um campo uniforme, as foras atuantes nos plos positivo e negativo

dessa partcula so iguais e opostas, conduzindo a uma resultante nula; j a


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De um modo geral, no existe um conjunto genrico de variveis que

permita o controle operacional da separao magntica. Como exemplo, Luz et alli.(2010) cita que as variveis empregadas no controle da separao magntica a

mido de alta intensidade no so as mesmas que controlam a separao

magntica a seco de alta intensidade. Por essas e outras razes, esses autores

limitaram-se a comentar apenas a intensidade de campo magntico e a alimentao

do equipamento como variveis que influenciam a melhoria do processo deseparao magntica.

3.3.2.1 Efeito da intensidade de campo magntico

O controle da intensidade de campo permite a separao seletiva das

partculas com diferentes valores na susceptibilidade magntica. Com baixa

intensidade de campo separam-se minerais com elevadas susceptibilidade e com

alta intensidade separam-se aqueles com valores mais baixos desse parmetro. Em

geral, o controle da intensidade de campo feito com o emprego de eletroms,


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3.3.2.3 Efeito da matriz

A escolha da matriz adequada importante porque permite melhorias na

eficincia de separao. A explicao para esse aspecto encontra-se no

estabelecimento da relao correta entre a dimenso do minrio e a da matriz, a

qual deve ser menor que 1. Isso porque a dimenso da matriz muito prxima da do

minrio em anlise dificultar a separao, devido ao engaiolamento, (Simo, 2010).

3.3.2.4 Efeito da granulometria

Material em granulometria fina tende a apresentar melhor resultado: alta

recuperao da espcie mineral de interesse. A explicao para esse quadro est

baseada no aspecto de que o material fino apresenta alta liberao, e assim sendo,

no sofrer aprisionamento mecnico na matriz, (Simo, 2010).

A separao magntica de minerais fracamente magnticos na faixa


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3.3.3 Equipamentos

Os atuais desenvolvimentos da cincia dos materiais e da tecnologia do

magnetismo permitem a fabricao de concentradores magnticos com gradientes e

campos muito mais elevados que os convencionais. Assim, desenvolveram-se

separadores magnticos com campos da ordem de 60000 Gauss que empregam a

tecnologia dos supercondutores, (Sampaio, et al., 2007).

Includos no contexto acima, encontram-se os separadores com ms

permanentes, que representam um marco importante nos avanos tcnico-

cientficos da separao magntica aplicada ao beneficiamento mineral.

Conforme a metodologia empregada nas operaes, os concentradores

magnticos classificam-se em: a seco ou a mido, distinguindo-se ainda entre eles

as classes de baixa ou de alta intensidade de campo. No equipamento, a forma dos

elementos que executam o trabalho de separao exerce influncia significativa

sobre a classificao dos separadores. Assim, denominam-se concentradores de

tambor, de rolos induzidos, de correias cruzadas, de carrossel, (Oliveira, 2010).


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Em geral, o cenrio acima tipicamente o caso em que a coleta magntica

do mineral medida como uma funo da fora/intensidade do campo magntico.Os resultados obtidos nesse procedimento so necessrios para se avaliar o

potencial de separao magntica do material em estudo. Diversos separadores de

laboratrio existem para a quantificao da coleta magntica de minerais.

Separadores em escala de bancada empricos

A etapa inicial na avaliao da separao magntica de uma amostra

mineral medir a resposta desse mineral a um campo magntico. A abordagem

mais comum envolver a amostra mineral com um m de mo. Com isso feito, tem-

se uma primeira indicao da presena de material ferromagntico.

H dois diferentes tipos de separadores em escala de bancada comumente

usados para a anlise quantitativa de minerais magnticos. Esses equipamentos so

especificamente projetados para fornecer uma separao baseada na

susceptibilidade magntica. Ambos fornecem um alto nvel de controle e

seletividade. O equipamento conhecido como Tubo Davis (Figura 5) fornece uma


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O procedimento de ensaio empregando o Tubo Davis como equipamento de

separao magntica, basicamente, contempla a seguinte descrio: a amostra aser testada introduzida no interior do tubo de vidro na forma de polpa. O campo

magntico pega as partculas ferromagnticas dentro do tubo durante a agitao.

Fluxo de gua de lavagem atravs do tubo remove as partculas no magnticas.

Esse aparato fornece uma separao perfeita dos materiais ferromagnticos. As

variveis de controle da seletividade da separao so a intensidade de campomagntico, o volume de gua de lavagem, e a inclinao do tubo.

O Tubo Davis usado extensivamente na medida de desempenho de

separadores magnticos em tambor na indstria de minrio de ferro e nas

aplicaes de recuperao de meios pesados. Esse equipamento tambm fornecer

uma medida da qualidade do produto para concentrados de magnetita. Nesse ponto,

importante destacar que a presena de qualquer impureza (slica e alumina so os

mais comuns) nesse concentrado atuar como partcula bloqueadora, reduzindo o

desempenho em separao do Tubo Davis.


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Tabela III Caractersticas minerais e do equipamento de separao magntica.

Caractersticas importantesMineral Equipamento

Susceptibilidade magntica Intensidade de campo magnticoConcentrao Gradiente magnticoRecuperao

Capacidade de magnetizao daunidade

Variabilidade do minrioExtenso de liberao

TemperaturaUmidadeInterao com diferentes minerais(Superposio de susceptibilidadesmagnticas)

Em algumas caractersticas que so funes do mineral, tais como a

susceptibilidade magntica, as alteraes so realizadas com certo grau de

dificuldade. Outras caractersticas, tais como a extenso de liberao, temperatura

ou umidade, so especficas da etapa de preparao da amostra, podendo ser

alteradas. Por outro lado, como visto na Tabela II, so poucos os parmetros que se


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intensidade geralmente operam acima de 5000 Gauss (0,5 Tesla) e so efetivos em

coletar minerais paramagnticos, tais como a hematita ou a ilmenita. Essesequipamentos de separao magntica utilizam ms permanentes de terras raras

ou eletroms para estabelecer o campo magntico.

Para todos os objetivos prticos, uma seleo dos separadores magnticos

pode ser estruturada como num fluxograma de deciso em rvore Figura 6. O

primeiro n representa que o mineral ser tratado como polpa ou a seco; o segundo

n indica a intensidade necessria do campo magntico para a separao efetiva.


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Os separadores magnticos dos tipos a mido de alta intensidade - Wet

High Intensity Magnetic Separation WHIMS, e de alto gradiente - High GradientMagnetic Separator HGMS so equipamentos que empregam tcnicas de

separao para partculas finas usando eletroms e uma matriz de fluxo

convergente para gerar regies de altos gradientes magnticos. Tecnicamente,

WHIMS distinguido de HGMS pela direo do fluxo da polpa sendo perpendicular

linha de fluxo magntico preferencialmente paralela. No entanto, ambos os tiposde separador magntico empregam um eletrom para gerar um campo magntico

que induz uma matriz. Essa, por sua vez, amplifica o fundo do campo magntico,

produzindo regies localizadas de gradientes de campo magntico extremamente

altos. Com isso, fornecem-se stios de coleta para a captura de partculas

paramagnticas.

Em termos prticos, equipamentos do tipo WHIMS referem-se a qualquer

tipo de separador magntico contnuo a mido do tipo carrossel; j os do tipo HGMS,

associam-se com filtros do tipo vasilha que so operados em batelada.


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(6.1)

onde se tem: N viscosidade do fluido, d dimetro da partcula, V velocidade do

fluido, X susceptibilidade magntica, a raio das bolas de ao, M magnetizao

das bolas de ao, H campo magntico aplicado.

O valor dessa equao balanceada identifica as variveis de primeira ordem

que afetam a coleta dos minerais paramagnticos. Variveis que afetam aseparao magntica podem ser classificadas como dependentes da polpa de

alimentao (aqui se incluem efeitos das partculas), ou dependentes do

equipamento de separao. As variveis X, N e d nessas equaes so, dessa

forma, dependentes da partcula ou da polpa de alimentao, enquanto que as

variveis a, M, V e H dependem do separador. Para melhorar a coletamagntica pelo projeto do separador, o raio das bolas de ao deve ser minimizado, a

magnetizao da matriz maximizada, e a velocidade do fluxo minimizada.

Uma matriz base de bolas de ao limitada em termos de linhas

convergentes de fluxo magntico e, consequentemente, limita-se na produo de


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Enquanto que a magnitude do campo magntico aplicado externamente

um fator importante, a matriz que fornece o potencial de separao das espciesde interesse. A matriz responsvel pela converso das linhas de fluxo magntico

para produzir numerosos stios de coleta de alto gradiente. A matriz, como dito

anteriormente, tambm amplia o campo magntico, por meio da reduo da abertura

de ar. O tipo timo de matriz para uma dada aplicao deveria fornecer uma

capacidade alta de carregamento magntico, alto gradiente magntico, e ter umaestrutura relativamente aberta para maximizar a capacidade de fluxo.

Logo, v-se que o tamanho de partcula deve ser equilibrado com a matriz

adequada (Tabela IV) numa separao a mido de alta intensidade.

Tabela IV Caracterizao dos tipos comuns de matriz para separador magntico amido de alta intensidade.


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A Figura 7 mostra um separador magntico tpico de laboratrio, a mido e

de alta intensidade, em que a intensidade do campo magntico na zona deseparao varivel.


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A concentrao magntica requer uma matriz com estrutura aberta, de modo

que o aprisionamento fsico das partculas no-magnticas seja minimizado. Aamostra deveria ser peneirada na malha de 35 # (500 m) para remover qualquer

material grosseiro que tender a ser aprisionado e acumular-se na matriz. Numa

programao para ensaios com um material particular, diversos nveis de

intensidade de campo magntico deveriam ser includos para se avaliar a

recuperao da espcie mineral de interesse. Uma vez que, facilmente, o campomagntico pode ser variado com o equipamento WHIMS, pode-se praticar vrios

estgios de elevao desse parmetro, atentando-se para susceptibilidade

magntica da amostra.

Nos ensaios de concentrao magntica, a varivel primria de teste a

intensidade do campo magntico, sendo que em alguns casos possvel a

avaliao do tipo de matriz como varivel de separao; contudo, a seleo inicial

adequada da matriz baseada no tamanho de partcula , usualmente, suficiente.

Ainda no contexto de estudo dos efeitos das variveis de separao magntica,

importante tambm citar a importncia de padronizao de algumas delas, tais como


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toda a hematita presente na amostra coletada. Para partculas mais grossas, esse

limite atingido nos nveis mais baixos de intensidade de campo magntico; almdisso, para essas partculas, observa-se tambm que a inclinao da curva muito

grande, medida que se aumenta a coleta magntica do mineral.


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HGMS High Gradient Magnetic Separator

O separador magntico de alto gradiente HGMS opera em regime de

batelada, sob controle do fluxo de polpa atravs da matriz. Deste modo, o tempo de

reteno na matriz controlado. A polpa bombeada no fundo da vasilha matriz e

descarregada pelo topo. A polpa de alimentao desse separador deve apresentar-

se bem dispersa, e as partculas mantidas em suspenso. A maioria das aplicaes

limita-se ao processamento de partculas finas, tipicamente, abaixo de 10m.

Na operao do separador HGMS, o arraste proporcionado pelo fluido

fornece a fora de separao entre os contaminantes magnticos e o meio no-

magntico. Eventualmente, quando os primeiros acumulam-se na matriz do

separador, o equipamento desenergizado e a matriz lavada. Um separadorHGMS quase sempre usado para remover contaminantes presentes em traos

dentro de um produto no-magntico.

Uma das aplicaes do separador HGMS tem sido melhorar o brilho de

argilas empregadas em vrios campos da indstria, como base de filtros e de


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aumentaram a captura das partculas paramagnticas, levando ao aumento do

brilho. O aumento do tempo de reteno da polpa equivalente reduo de suavelocidade, o qu reduz a ao do arraste hidrodinmico sobre a partcula; mas, por

outro lado, esse cenrio proporciona maior efetividade da fora de atrao

magntica.

A Figura 9b apresenta os efeitos do comprimento da matriz sobre o brilho do

caulim em 3 nveis de intensidade de campo magntico. Com a elevao do

comprimento da matriz, efetivamente, o tempo de reteno da polpa tambm se

eleva. Como esperado, nveis mais altos de campo magntico associados a

comprimentos maiores da matriz resultam num aumento do brilho do caulim. Com

isso, reflete-se a maior captura/coleta de partculas paramagnticas.


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Em resumo, ensaios de separao magntica em escala de laboratrio so

necessrios para avaliao de circuitos de concentrao em maior escala. Aspropriedades magnticas dos minerais so variveis altamente especficas e

importantes na separao das espcies em estudo. Cada uma dessas ltimas exibe

caractersticas que afetam a susceptibilidade magntica e, consequentemente, o

desempenho metalrgico do processo de separao.

O conhecimento das variveis primrias que afetam a separao magntica

um ponto crtico para melhorar o desempenho do processo. Nesse contexto,

devem ser consideradas no apenas as variveis relacionadas ao equipamento

separador, mas tambm as variveis minerais. As variveis do separador so: a

intensidade do campo magntico aplicado, o gradiente de campo magntico e os

meios mecnicos para proporcionar a separao dos vrios minerais. J as variveis

minerais, contudo, no so claramente definidas; por exemplo, distribuio

granulomtrica, caractersticas de liberao, sobreposio de susceptibilidades

magnticas de diferentes minerais, e alteraes de substituio de ferro podem

complicar o processo de concentrao magntica.


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Figura 10 Partculas de slica (partculas escuras) contendo incluses de magnetita(partculas claras).

3.4 Minrio Pirrotita, (Carvalho et alli., 2002), (Santos, et alli., 2008)

Neste item sero abordadas as caractersticas principais da pirrotita,


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toneladas/ano de concentrado sulfetado de nquel, cobre e cobalto faz com a MSF

se estabelea como a maior produtora de nquel do Brasil.

O produto da usina de concentrao da MSF todo consumido pelo

processo metalrgico de extrao, em que se obtm um mate (mistura de sulfetos)

com teor de 61% de nquel. O mate produzido exportado para a Finlndia, de

modo a abastecer a produo de nquel metlico, alm de cobre e cobalto.

3.4.1 Geologia

O corpo de minrio da MSF est localizado na poro basal de uma

sequncia arqueana do tipo greenstone belt, em que as rochas vulcnicas mficas e

ultramficas esto intercaladas com sedimentos qumicos.

A jazida exibe forma tabular com strike N 40 W, e mergulho subvertical 70

a 90 SW, estendendo-se por 1700 m de comprimento at 700 m de profundidade, e

com espessura variando de 1 m a 20 m. Nessa jazida, a mineralizao ocorre,


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(a)

Dado s cris talog rfico s:

Monoclnica, 2/m para a variedade de baixatemperatura, estvel abaixo de 250C.Hexagonal, 6/m 2/m 2/m para forma de altatemperatura.Hbito:Cristais hexagonais, geralmente tabulares oupiramidais - cristalizao como polimorfo de alta

temperatura.Propriedades fsicas:Dureza: 4,0Peso especfico: 4,58 4,65Brilho: metlicoCor: bronze amarronzadoTrao: preto

Magntica, mas de varivel intensidade: quantomaior o teor de ferro, menor o magnetismo.Composio e estrutura:A maioria das pirrotitas tem deficincia em ferroem relao ao enxofre: Fe1-xS, onde x ficanormalmente entre 0,0 e 0,2.


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3.4.2 Mineralogia

Os minerais do minrio da jazida de Fortaleza de Minas so descritos na

Tabela V, ocorrendo na proporo de 65:30:5. A frmula qumica e a densidade dos

minerais presentes (principais e secundrios ganga) na jazida da MSF so

apresentadas na Tabela VI.

Tabela V Relao dos minerais presentes na jazida MSF.


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4 MATERIAIS E METODOLOGIA

4.1 Materiais

Como material de ensaio, tem-se uma amostra de rejeito da etapa de

concentrao da Minerao Serra da Fortaleza (MSF) em Fortaleza de Minas/MG.

Os ensaios utilizaram como equipamentos: separador magntico de alta

intensidade da Carpco Inc., modelo WHIMS 3x4L, vidrarias diversas picnmetros

de 50 mL, bqueres de 300 mL, forno tipo mufla, bandejas de capacidades distintas,

balana analtica, dispositivo de peneiramento a mido, etc. Toda a aparelhagem faz

parte do LTM do DEMIN/UFOP.

4.2 Metodologia

4.2.1 Determinao da densidade


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4.2.2 Caracterizao granulomtrica

Os ensaios de caracterizao granulomtrica foram realizados em conjunto

de peneiras em srie Tyler de 100 mesh (150 mm) a 400 mesh (0,038 mm); esse

peneiramento foi a mido no LTM/DEMIN/UFOP.

A massa de amostra utilizada foi de, aproximadamente, 150 g, a qual foi

selecionada aps a realizao dos clculos de:

massa mnima quantidade que deve ser utilizada para representar todo o lote

original. Segundo descrito por Luz et alli (2010), para amostra com poucas

informaes, deve-se consultar a Tabela de Richards, tendo-se como dados de

entrada: dimetro da maior partcula, caracterizao prvia do minrio. Assim,

considerando-se o dimetro de maior partcula igual 0,149 mm, e um teor de pirrotita

presente no mineral-minrio de Xx%, verificou-se uma massa mnima de 20g;

massa mxima se refere ao acmulo de partculas que podero formar um leito

profundo o suficiente para diminuir a probabilidade de passagem das partculas que


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4.2.3 Caracterizao qumica

Para a determinao da composio qumica da amostra global, e dos

produtos gerados na separao magntica (fluxos magntico e no-magntico),

utilizaram-se os laboratrios da UFOP.

4.2.4 Caracterizao por separao magntica

Os ensaios de separao magntica foram conduzidos a mido, sob alta

intensidade de campo magntico, devido propriedade diferenciadora do material

de estudo: baixa susceptibilidade magntica. O separador empregado foi o Carpco

Inc., modelo WHIMS 3x4L (Figura 12), pertencente ao LTM/DEMIN/UFOP.


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O WHIMS 3x4L um equipamento esttico dotado de uma cmara/vasilha

removvel de volume igual 311 mL que aceita uma grande variedade de tipos dematriz, como esferas de ao e palhas de ao inoxidvel, por exemplo. A densidade

de fluxo magntico presente de 21,6 KGauss (mximo) com o uso de esferas de

ao como matriz, e de 3,8 KGauss na configurao sem a cmara e a matriz. A

intensidade varivel do campo magntico do equipamento ajustada por meio do

controle da amperagem da bobina (0 6A). A alimentao de amostras permitidapara o WHIMS 3x4L de at 100 g (base seca), dependendo do teor magntico do

material. O painel de controle do WHIMS 3x4L (Figura 13) simples, sendo dotado

de medidores analgicos de voltagem e de amperagem.

A alimentao do WHIMS 3x4L realizada pela introduo de 50 g 100 g

de material no estado de polpa, em que a percentagem de slidos est entre 15% e

50%. Essa polpa introduzida na cmara j preenchida com a matriz adequada, e

sob os ajustes desejados de corrente eltrica. O material magntico ser retido na

cmara, aps a lavagem com gua; j material no-magntico ser coletado num

recipiente a parte. A frao magntica pode ento ser lavada fora da cmara, dentro


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4.2.4.1 Ajuste do equipamento

Como ser visto adiante, na descrio das variveis de estudo, os nveis

adotados de intensidade de campo para os ensaios foram de 3790 Gauss que

corresponde a uma corrente eltrica de 4A, e 4880 Gauss para 7A de corrente

eltrica. Em consulta a literatura no identificada, tratando a concentrao

magntica de rejeito do circuito de flotao da planta da MSF Fortaleza de

Minas/MG (81% do material passante na malha de 150 m), viu-se que autor usou

intensidade de campo magntico de 6500 Gauss. Assim sendo, possvel que os

nveis praticados neste trabalho sejam insuficientes para a separao das espcies.

No presente trabalho, priorizou-se a anlise dos efeitos de apenas trs

variveis operacionais: A - intensidade de campo magntico, B rea superficialdisponibilizada pela matriz e C percentagem de slidos na alimentao. Cada uma

dessas variveis foi avaliada em dois nveis, sendo esses descritos como:

A - 3790 Gauss e 4880 Gauss;


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Tabela VII Experimentos em laboratrio com separador magntico.

Experimento Sequnciade execuo

Descrio do ExperimentoA B C

1 3 3790 Gauss 80/20 20%2 2 4880 Gauss 50/50 20%3 1 3790 Gauss 50/50 35%4 4 4880 Gauss 80/20 35%

Como dito acima, a polpa usada no alimentador do separador magntico

exibiu dois nveis de anlise: 20% e 35% de slidos. Para determinar a quantidade

de massa de slidos para constituir essas polpas, utilizou-se a equao 8:

() (8)onde se tem: Vpolpa volume de polpa (mL), Vslidos volume de slidos (mL) e Vgua

volume de gua (mL). Assim sendo, considerando-se a densidade do rejeito

(Anexo I), e fixando-se a sua massa de ensaio em 50 g, viu-se que para a polpa de

20% de slidos deveriam ser adicionadas 200,2 g de gua; j para a polpa com 35%


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44

Figura 14 Fluxograma geral de caracterizao do rejeito da MSF adotado no presente estudo.


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5 APRESENTAO E DISCUSSO DE RESULTADOS

5.1 Caractersticas granulomtricas

Na Tabela VIII so apresentados os resultados da distribuio

granulomtrica do minrio pirrotita, enquanto que na Tabela IX so exibidos os de

determinao da massa mxima permitida em cada peneira. A partir desses ltimos,

verifica-se a validade do peneiramento. Em geral, constatou-se que o peneiramentorealizado no foi eficiente, pois a massa de amostra retida em cada peneira foi maior

que o mximo calculado pela frmula de Gaudin.

Tabela VIII Resultados de distribuio granulomtrica do minrio pirrotita.

Malha[#]

Malha[mm]

Peso[g]

Percentagem [%]RetidaSimples

AcumuladaRetida

AcumuladaPassante

100 0,149 0,19 0,123 0,123 99,877150 0,105 4,71 3,06 3,183 96,817200 0,074 17,52 11,38 14,563 85,437270 0,053 25,19 16,36 30,923 69,077325 0,044 19,38 12,58 43,503 56,497


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Figura 15 Curva de distribuio granulomtrica para o rejeito em estudo. Parmetros de anlise: d 80 = 70 m, d95 = 100 m.


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5.2 Caractersticas qumicas

Infelizmente, os resultados de caracterizao qumica para a amostra global

de ensaio, alm das que so relacionadas aos fluxos da separao magntica, no

so disponibilizados neste trabalho. Isso porque houve greve do quadro tcnico-

administrativo dos funcionrios da UFOP, e consequente fechamento dos

laboratrios de anlise qumica e de difrao de raios x.

A Tabela X mostra uma caracterizao qumica feita para um rejeito de

flotao da MSF, cuja referncia no foi identificada. Nela, observam-se os teores de

nquel, cobre, enxofre, e xido de magnsio encontradas para a amostra cabea, por

meio de espectroscopia de absoro atmica nas instalaes da MSF. Como pode

ser visto, e considerando-se que o rejeito dessa referncia tem granulometria (81%abaixo de 150 m) prxima ao material do presente estudo, vlida a apresentao

desses dados para fins informativos.


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5.3 Separao Magntica

Na Figura 16 so exibidos os efeitos das variveis de controle na massa de

fluxo magntico (MMag). Nota-se a tendncia de aumento da massa com a elevao

do campo magntico aplicado, e com a percentagem de slidos da polpa de

alimentao; contudo, nota-se ainda uma alta disperso dos dados que revelam a

ocorrncia de problemas na conduo dos ensaios.

Os efeitos das variveis: intensidade de campo magntico, superfcie da

matriz e percentagem de slidos na polpa sobre a massa do fluxo no-magntico

(MNMag) so apresentados na Figura 17. V-se, embora haja grande disperso dos

dados, a tendncia de aumento da massa com a elevao das duas ltimas

variveis; enquanto que para a primeira, os nveis mais baixos favoreceram aobteno de massas maiores.

Dentre os efeitos observados, foi curioso o comportamento da disposio da

matriz, pois ao se utilizar mais esferas pequenas (80%) que grandes (20%), houve

favorecimento da massa do fluxo no-magntico. Esse aspecto vai de encontro ao


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500045004000

47,5

47,0

46,5

46,0

45,5

45,0

847260

0,360,300,24

Campo

MMag

Matriz Polpa

Figura 16 Efeitos das variveis de controle na massa de fluxo magntico.


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6 CONCLUSES

Neste estudo foi avaliado o processo de separao magntica como rota de

reaproveitamento do rejeito gerado na concentrao do minrio de nquel

proveniente da Minerao Serra da Fortaleza Fortaleza de Minas/MG. Isso feito

porque h a possibilidade desse material conter espcies ferro e paramagnticas,

aplicveis como matria-prima na indstria siderrgica, por exemplo. Alm desse

contexto, levanta-se ainda a importncia da reciclagem do rejeito da empresa citada

para se garantir os ndices de sustentabilidade do negcio.

A principal ferramenta de trabalho constituiu-se na caracterizao do rejeito

da MSF, utilizando-se anlises fsica (distribuio granulomtrica a mido, e

densidade) e qumica, alm de ensaio tecnolgico. Esse ltimo foi representada peloensaio em escala de laboratrio da separao magntica, utilizando-se o

equipamento Carpco modelo WHIMS 3x4L do Laboratrio de Tratamento de

Minrios do Departamento de Engenharia de Minas da Universidade Federal de

Ouro Preto. As variveis de controle operacional simuladas foram: intensidade de


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De um modo geral, a fluxo magntico superou, em massa, o no-magntico,

sendo que os efeitos das variveis de controle manifestaram-se diferentemente paracada um deles. Nesse contexto, cabe a ressalva de que houve disperso

significativa dos dados de anlise, fazendo com que a mesma seja colocada como

indicativa de tendncia. Assim, para a massa de fluxo magntico foi visto uma

elevao com o aumento da intensidade de campo, e com o da percentagem de

slidos da polpa de alimentao; j a massa do fluxo no-magntico aumenta com aelevao da presena de esferas pequenas no leito - disposio da matriz e com a

percentagem de slidos.

Os resultados de anlise qumica dos fluxos (magntico e no-magntico)

estabeleceriam a eficincia/seletividade dos ensaios de separao magntica feitos

no LTM/DEMIN/UFOP, pois revelariam as espcies minerais nesses fluxos. E, a

partir da, seria possvel definir com mais preciso ensaios posteriores,

contemplando padronizao de variveis importantes no controle operacional, e

ajustes mais reais e adequados para o separador, principalmente no que se refere

estrutura da matriz e intensidade de campo aplicado.


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7 REFERNCIAS

(1) ARRUNTEGUI, H., Processamento de Minerais III 1 Fascculo.Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro UFOP. Ouro PretoMG.

(2) CARVALHO, E. A., SILVA, A. O., JNIOR, J. B. R. and BRENNER, T. L.,Nquel Minerao Serra da Fortaleza. Comunicao Tcnica CT2002-

192-00. CETEM Centro de Tecnologia Mineral, MCT Ministrio daCincia e Tecnologia. Rio de Janeiro RJ. Dezembro, 2002.

(3) LAGE, E. A., Separadores Magnticos: Experincia em Minrio de Ferrona Herculano Minerao. Dissertao de Mestrado pelo Programa dePs-Graduao em Engenharia Mineral, Departamento de EngenhariaMineral DEMIN, Universidade Federal de Ouro Preto UFOP. Ouro

Preto, MG. Janeiro, 2010.

(4) LIMA, R. M., Notas de Aula de Caracterizao Tecnolgica dos Minrios.PPGEM Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mineral, DEMIN Departamento de Engenharia de Minas, UFOP Universidade Federalde Ouro Preto. Abril Julho, 2012.


60/61

(8) REIS, E. L., Caracterizao de Resduos Provenientes da Planta deBeneficiamento do Minrio de Mangans Slico-Carbonatado da RDM -Unidade Morro da Mina. Dissertao de Mestrado pelo Programa dePs-Graduao em Engenharia Mineral, Departamento de EngenhariaMineral DEMIN, Universidade Federal de Ouro Preto UFOP. OuroPreto, MG. Abril, 2005.

(9) REITZ, J. R., MILFORD, F. J. and CHRISTY, R. W., Fundamentos da

Teoria Eletromagntica. 3 Edio, Editora Campus Ltda., Captulos 8 -10, pp.: 161 - 229. Rio de Janeiro - RJ. 1982.

(10) SAMPAIO, J. A., LUZ, A. B. A. and FRANA, S. C. A., Tratamento deMinrios. CETEM Centro de Tecnologia Mineral, MCT Ministrio daCincia e Tecnologia. 5 Edio, Captulo 9, pp.: 366 381. Rio deJaneiro RJ. 2010.

(11) SIMO, H. K., Concentrabilidade de Minrio de Ferro de Cateruca.Dissertao de Mestrado pelo Programa de Ps-Graduao emEngenharia Mineral, Departamento de Engenharia Mineral DEMIN,Universidade Federal de Ouro Preto UFOP. Ouro Preto, MG. Junho,2010.


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8 ANEXOS

ANEXO I - Determinao da Densidade pelo Mtodo do Picnmetro

A partir dos resultados gerados com os ensaios em duplicata para a determinao da densidade, construiu-se a Tabela A1.

Tabela A1 - Medidas das massas dos picnmetros e determinao da densidade do rejeito.

Identificao doPicnmetro

Pesos dos Picnmetros (g)

Vazio- P1 -

Com Minrio- P2 -

Com gua- P4 -

Com Minrio e gua- P3 -

Densidade

A 41,18 54,64 95,16 104,11 2,98B 40,41 52,60 95,16 102,50 2,52

Logo, v-se pela Tabela A1 que o valor mdio da densidade do rejeito foi de 2,75 g/cm3.

relatório final ter 17 jul 2012

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