Capítulo II Beneficiamento de Minérios · Curso de Engenharia Mecânica 31/03/2019 10:25...
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
Tecnologia Metalúrgica
Prof. Dr. Jorge Teófilo de Barros Lopes
Universidade Federal do Pará
Instituto de Tecnologia
Campus de Belém
Curso de Engenharia Mecânica
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
Capítulo II
Universidade Federal do Pará
Instituto de Tecnologia
Beneficiamento de
Minérios
Campus de Belém
Curso de Engenharia Mecânica
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31/03/2019 10:25 TECNOLOGIA METALÚRGICA
2.1 Generalidades - Metalurgia
➢Alguns processos metalúrgicos já existiam há muito
tempo, de forma rudimentar e sem base científica –
sem preocupação de melhoria e eficiência dos
processos utilizados.
➢ Somente a partir do século XVIII – após a revolução
científica ocorrida no século anterior e a industrial –
a metalurgia torna-se uma ciência.
➢Os processos metalúrgicos passam, então, a ser
estudados e explicados, proporcionando a melhoria
contínua das práticas utilizadas até aquela época.
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➢ Surge, então, um novo ramo da metalurgia –
denominada metalurgia física - que tem como
objetivo o estudo das características físicas dos
materiais metálicos.
➢ Importante ramo da metalurgia que ganha grandes
proporções – metalurgia extrativa – tem como
foco de trabalho a obtenção de metais a partir de
sucata ou minérios,
➢Atualmente, cerca de 40% de todo o aço produzido
no mundo é obtido a partir da fusão da sucata.
2.1 Generalidades - Metalurgia
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31/03/2019 10:25 TECNOLOGIA METALÚRGICA
➢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 metalurgia do pó - tecnologia desenvolvida na
década de 1970 para atender, principalmente, ao
setor de informática - permite a fabricação de peças
de alta precisão e complexidade, sem a necessidade
de fundir o material metálico – utiliza calor e
pressão.
2.1 Generalidades - Metalurgia
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➢METALURGIA: 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.
➢A metalurgia pode ser dividida em três grandes
ramos: metalurgia extrativa, metalurgia física e
metalurgia de transformação.
2.1 Generalidades - Metalurgia
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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.
2.1 Generalidades - Metalurgia
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➢Metalurgia extrativa – composta dos seguintes
processos:
• Processos pré-extrativos: preparação do minério
beneficiado para os processos de extração dos
materiais metálicos.
• Processos extrativos: obtenção de materiais
metálicos (elementares) a partir dos seus
respectivos minérios beneficiados.
• 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.
2.1 Generalidades - Metalurgia
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Minério preparado
Processos Extrativos
• 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.
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Metal extraído
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.
2.1 Generalidades - Metalurgia
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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 etc.
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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 2,11% em peso de
carbono.
2.1 Generalidades - Metalurgia
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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
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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
2.1 Generalidades - Metalurgia
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2.1 Generalidades - Metalurgia
Diagrama Fe-Fe3C
(ASKELAND &
PHULÉ, 2003).
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2.1 Generalidades - Metalurgia
Diagrama Cu-Al (METALS HANDBOOB, ASM INTERNATIONAL, 1992).
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➢ Metalurgia de transformação: estuda os processos
mecânicos e metalúrgicos de fabricação.
➢ Processos mecânicos de fabricação
• Utilizam tensões (energia mecânica) 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
- Outros
σe < σT <σrConformação por
deformação
plástica
- Laminação
- Forjamento
- Extrusão
- Embutimento
- Trefilação
- Outros.
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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 relativamente à temperatura de fusão do
metal/liga (TT – Temperatura de trabalho do
metal/liga; Tf – Temperatura de fusão do
metal/liga).
2.1 Generalidades - Metalurgia
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➢ Classificação dos processos metalúrgicos de
fabricação
TT > Tf
- Fundição
- Lingotamento
- Soldagem
TT < Tf
- Sinterização
- Metalurgia do pó
2.1 Generalidades - Metalurgia
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➢ Metalurgia extrativa - são aplicados processos
em matérias primas e insumos, transformando-os
em produtos, subprodutos e rejeitos
PROCESSOS
Matérias primas
+
Insumos
Produtos
Subprodutos
Rejeitos
2.1 Generalidades - Metalurgia
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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
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➢ Mineral
• Designação dada à toda substância natural
presente na crosta terrestre.
• Rochas são agregados naturais formados por um
ou mais minerais.
• Assim, pode-se dizer, por exemplo, que na
natureza o elemento químico alumínio é
encontrado em substâncias compostas chamados
de minerais que por sua vez estão presentes nas
rochas.
2.1 Generalidades - Minérios
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➢ Minérios
• Designa os minerais dos quais podem ser
extraídos com lucro alguma substância de
interesse.
• Nos minérios, o metal pode ocorrer de forma pura
ou combinada com outras substâncias.
• O lugar onde ocorre grande concentração de
minério é denominado jazida (sua exploração é
economicamente viável), caso contrário, recebe o
nome de depósito mineral.
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
➢ Na indústria mineral, os minérios 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: Fe, Mn, Cr e Ni.
b. Minerais de metais não ferrosos: Cu, Al, Zn, Pb, Sn
etc.
c. Minerais de metais preciosos: Au, Ag, Pt, Os, Ir e Pd.
d. Minerais de metais raros: Nb, Es, In, Ge, Ga etc.
2.1 Generalidades - Minérios
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• MINERAIS NÃO METÁLICOS
a. Minerais estruturais ou para construção –
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.
2.1 Generalidades - Minérios
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
d. Minerais fundentes: fluorita, calcário, criolita
etc.
e. Materiais abrasivos: diamante, granada, sílica,
coríndon 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.
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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.
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✓ Nativos – Minérios constituídos de metais na forma
pura – minerais sob forma não combinada.
• Exemplos: ouro (Brasil, África do Sul), platina
(Rússia), mercúrio (Península Ibérica), cobre
(África Central) e ferro (Groenlândia) etc.
✓ 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).
2.1 Generalidades - Minérios
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➢ Classificação geral dos minérios (com exemplos):
2.1 Generalidades - Minérios
Primários
Nativos - Au, Ag, Pt
Oxidados - Al, Fe, Sn, Cr, Mn, Nb
Sulfetados - Cu, Ni, Pb, Zn, Cd, Bi, Fe
Carbonatados, sulfatados e silicatados: Ca, Mg, Ni
Arsenetos e cloretos - Co, Ag
Secundários Subprodutos - magnetita titanífera.
Sem valor comercial
Ganga
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Metais normalmente
extraídos 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
2.1 Generalidades - Minérios
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Metais normalmente
extraídos de minérios
à base de sulfetos.
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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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
Metais normalmente
extraídos 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
2.1 Generalidades - Minérios
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Minérios em geral
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.1 Generalidades - Metais
➢ Classificação geral dos metais:
Ferrosos Fe e suas ligas
Não ferrosos
Pesados - Cu, Ni, Pb, Zn e Sn
Leves - Al, Mg, Be, Li, Ba, Ca, Sr, K, Na, Rb e Cs
Nobres - Au, Ag, Pt, Os, Ir, Rb, Rh e Pd
Secundários - As, Sb, Bi, Cd, Hg e Co
Raros -
• Refratários: W, Mo, Ta, Nb, Ti, Zr e V
• Dispersos: Ge, In, Ga, Tl, Hf e Re
• Radioativos: Ra, Ac, Th, Pa, U, elem. 93 – 102
• Terras raras: Y, La, Ce, Nd, Pr, Sm, Gd, Dy, Eretc.
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
➢ 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 e é constituído de uma série de
processos e/ou operações sequenciais.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
➢ O tratamento referido, 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, a extração de
minérios está voltado para o lucro.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
➢ 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
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
➢ 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
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
➢ Equipamentos de escavação e carregamento de minérios
Operação de carregamento e transporte na Mina de Fort Knox, Alaska
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
➢ 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
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
➢ Equipamentos de escavação e carregamento de minérios
Caminhões Fora de Estrada ou Basculantes
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
➢ 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
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
➢ 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.
• Para tal, submete-se o minério bruto à operações
sequenciais 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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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
➢ As operações preliminares 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
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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.
• As operações de fragmentação iniciam no minério
removido da jazida, normalmente utilizando explosivos.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
Caminhões transportando blocos de minérios extraídos da mina
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
a) OPERAÇÕES DE FRAGMENTAÇÃO
- Parâmetros de interesse da fragmentação: índice de
redução dimensional médio e potência necessária para o
aumento da área do minério ao ser fragmentado.
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
Operação de fragmentação
Dimensões médias dosfragmentos (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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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ 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
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ 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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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ BRITAGEM - Equipamentos utilizados
• Desenho ilustrativo de um britador de mandíbulas
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ BRITAGEM - Equipamentos utilizados
• Desenho ilustrativo de um britador de mandíbulas
31/03/2019
30
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ 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
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ BRITAGEM - Equipamentos utilizados
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
Imagem real de um britador de mandíbulas
31/03/2019
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ BRITAGEM - Equipamentos utilizados
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
Imagem real de um britador de mandíbulas
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ BRITAGEM - Equipamentos utilizados
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
Imagem real de um britador de mandíbulas
31/03/2019
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ 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
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ BRITAGEM - Equipamentos utilizados
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
(1) Cabeça giratória.
(2) Concavidade fixa.
(3) Eixo de giro.
(4) Mancal excêntrico.
(5) Engrenagens de
transmissão.
Desenho ilustrativo de um britador giratório
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ BRITAGEM - Equipamentos utilizados
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
Desenho ilustrativo de
um britador giratório
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ BRITAGEM - Equipamentos utilizados
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
Desenho
ilustrativo de
um britador
giratório
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ BRITAGEM - Equipamentos utilizados
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
Imagens reais de um britador giratório
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ BRITAGEM - Equipamentos utilizados
Desenho ilustrativo de um britador de impacto
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ BRITAGEM - Equipamentos utilizados
Desenho ilustrativo de um britador de impacto
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ BRITAGEM - Equipamentos utilizados
Imagem real de vários britadores de impacto
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ BRITAGEM - Equipamentos utilizados
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
Desenho ilustrativo de um britador de rolo dentado
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ BRITAGEM - Equipamentos utilizados
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
Imagem real parcial
de um britador de
rolo dentado
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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.
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ TRITURAÇÃO - Equipamentos utilizados
▪ Trituradores cônicos:
• Possuem 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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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ TRITURAÇÃO - Equipamentos utilizados
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
Desenho ilustrativo de um triturador cônico
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ TRITURAÇÃO - Equipamentos utilizados
Desenho ilustrativo
de um triturador
cônico
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ TRITURAÇÃO - Equipamentos utilizados
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
Desenho
ilustrativo de
um triturador
cônico
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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 (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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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ TRITURAÇÃO - Equipamentos utilizados
Desenho esquemático de um triturador de rolos
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ TRITURAÇÃO - Equipamentos utilizados
Imagem real de um triturador de rolos
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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.
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
Desenhos esquemáticos de um moinhos de martelos
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
Desenhos
esquemáticos
de um moinhos
de martelos
31/03/2019
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos
▪ Moinhos de martelos:
•Esses equipamentos têm 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.
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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.
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
(1) Alimentador
(2) Descarga
(3) Engrenagem
(4) Esferas de
ferro fundido
Desenho esquemático de um moinho de bolas
31/03/2019
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
Desenho esquemático de um moinho de bolas
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos
Ponto em que
as 2 forças se
igualam
Desenho esquemático do movimento das bolas no interior
da carcaça do moinho
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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 = 𝑃 = 𝑚𝑔
𝑣 = 2𝜋𝑅𝑛
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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 = 𝑃𝑐𝑜𝑠 ∝∴𝑚𝑣2
𝑅= mg ∙ cosα ∴
∴𝑚 2𝜋𝑅𝑛 2
𝑅= 𝑚𝑔 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝛼 ∴
∴ 𝑛 =𝑔 ∙ 𝑐𝑜𝑠 ∝∙ 𝑅
2𝜋
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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 𝑒𝑚𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠: 𝑛𝐶 =42,3
2𝑅(𝑒𝑚 𝑟𝑝𝑚)
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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.
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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.
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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 do moinho: a carga óptima é de 50%, da qual
cerca de 30% é de bolas e 20% de produto.
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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.
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos
a) Regime em catarata
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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.
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos
b) Regime em cascata:
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ MOAGEM e PULVERIZAÇÃO - Equipamentos
- Movimento com os dois regimes:
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ 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
31/03/2019
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ 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
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ 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
31/03/2019
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ Moagem autógena
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
(1) Minério
(2) Ar
(3) Descarga
(4) Motor
(5) Engrenagem
(6) Rolos de apoio ao tambor
Desenho esquemático de um moinho autógeno
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
✓ Moagem autógena
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
Imagem real de um moinho autógeno
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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.
31/03/2019
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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.
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ PENEIRAMENTO
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ PENEIRAMENTO
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ PENEIRAMENTO
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ PENEIRAMENTO - Equipamentos
Desenhos esquemáticos de peneiras vibratória
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ PENEIRAMENTO - Equipamentos
Desenhos
esquemáticos
de peneiras
vibratórias
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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ PENEIRAMENTO - Equipamentos
Imagem
real de uma
peneira
vibratória
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ PENEIRAMENTO - Equipamentos
Imagens de peneiras vibratórias
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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; d = diâmetro médio do fragmento; s =
densidade do fragmento; = densidade do fluido; = viscosidade
do fluido; g = aceleração da gravidade.
v = d2 (s - ) g / 18
31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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
Τ1 2Laminar
𝑑1
𝑑2=
𝜌2−𝜌
𝜌1−𝜌Turbulento
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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
classifica
dor por
sediment
ação
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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ 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.
Desenho esquemático de um classificador por sedimentação
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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
• A separação das partículas minerais presentes em
uma polpa é feita pela adesão de bolhas de ar
(fase gasosa) sobre a superfície das partículas
hidrofóbicas, que são arrastadas para a superfície
das células de flotação.
• As partículas hidrofílicas permanecem em
suspensão e, posteriormente, essas hidrofílicas
serão removidas na polpa como rejeito.
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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.
1
2
3
4
5
6
7
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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 está 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% Fe),
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.
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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.
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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.
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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.
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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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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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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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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31/03/2019 10:25 Operações de beneficiamento de minérios
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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2.2 Operações de Beneficiamento de Minérios
✓ LIMPEZA GASOSA
Correlação entre o tipo e o tamanho das partículas e o tipo de limpeza
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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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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.