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Procesamiento de minerales I Moagem Maria Luiza Souza Montevideo 5-9 Agosto 2013 1 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL.

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1 Procesamiento de minerales I Moagem Maria Luiza Souza Montevideo 5-9 Agosto UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

2 Neste capítulo é apresentada, de modo resumido, a operação de moagem, equipamentos e circuitos usuais. - Moinhos de barras. - Moinhos de bolas. - Moinho semi-autógeno. - Moinhos verticais. 2 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL Capítulo 7 – Moagem

3 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 3 A moagem compreende as operações de cominuição na faixa de tamanhos abaixo de 3/4" e é efetuada principalmente mediante mecanismos de abrasão, embora também ocorra quebra por impacto. São portanto, tanto as faixas de tamanhos em que se trabalha, como também e principalmente, os mecanismos de redução de tamanho que distinguem as operações de moagem e de britagem. Esta última trabalha com granulometrias mais grosseiras e a quebra das partículas ocorre por compressão e impacto. Na faixa de tamanhos de 1/2" a 20 #, se sobrepõe à britagem fina que pode ser realizada em britadores tipo intergranular (SH) ou moinhos de barras. Os objetivos principais da moagem em processamento mineral são os seguintes. - Liberação: sulfetos de metais básicos como cobre, chumbo, zinco, etc. - Adequação granulométrica de produtos finais: agregados para construção civil. - Transporte em minerodutos: USA (carvão), Brasil (pellet feed na Samarco). - Adequação para uso em processo subseqüente: moagem do pellet feed. - Aumento de área de superfície para facilitar reações químicas: hidrometalurgia.

4 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 4 Equipamentos Os equipamentos mais usados na moagem ainda são os moinhos de carga cadente. São formados por uma carcaça cilíndrica que gira em torno do seu eixo e que contém no seu interior uma carga de corpos moedores soltos - o meio moedor - o qual está livre para ser movimentado conforme a carcaça gira e deste modo realiza a moagem. O nome dado a estes moinhos depende do tipo de meio moedor usado. Assim, temos: - moinhos de barras, onde o meio moedor são barras de aço; - moinhos de bolas, onde o meio moedor são bolas de aço; - moinhos de semi-autógenos, onde o meio moedor é composto por bolas de aço e fragmentos do próprio minério; - moinhos de seixos, etc.

5 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 5 Figura 1- Elementos básicos de um moinho tubular. Obs.: acionamento sempre do lado da descarga !

6 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 6 Elementos estruturais dos moinhos de carga cadente - Carcaça: feita de chapa calandrada e soldada. - Cabeças, espelhos ou tampas: são as duas peças feitas em aço fundido e que fecham as extremidades da carcaça. - Munhões ou Pescoços: fazem parte das tampas e sustentam todo o peso do moinho. - Mancais: peça no interior da qual giram os pescoços que estão apoiados nos berços. - Acionamento : em geral por sistema coroa-pinhão. - Transmissão: conforme a potência, existem diversos modos de transmitir o movimento ao moinho. - Revestimento interno: existem muitos tipos e são aparafusados à carcaça. - Alimentadores: também existem diversos tipos.

7 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 7 A coroa é a peça de usinagem mais cara e seus dentes são retos até potências em torno de 400 HP e helicoidais acima disto. Estes dentes são usinados e após cementados. O pinhão tem dureza menor que a coroa. Sistema exige coroa-pinhão lubrificação constante.

8 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 8 Figura 2- Moinho de barras e moinho de bolas. Usado como primário, preparando a alimentação para o moinho de bolas. Trabalha com alimentação na faixa de 3/4" a 3/8" e produtos entre 4 e 28 #. Configurações de descarga: overflow, periférica e periférica central. Usado como secundário, preparando a alimentação para a classificação. Trabalha com alimentação na faixa de 14 a 28 # e produtos finos (65 a 400 #). Configurações de descarga: overflow e por diafragma.

9 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 9 Figura 3- Moinho de bolas da mina do Sossego no Pará. Acima: moinho de bolas 22 x 32 (6,7m x9,8 m) com motor de 8,500 kW ( HP) ! Abaixo: revestimento de borracha em um moinho.

10 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 10 Figura 4- Moinho de bolas Hardinge®. Quando partículas de diferentes tamanhos e densidades são revolvidas em um cone, elas se auto-classificam e as maiores se alojarão na região de maior diâmetro. O formato do moinho Hardinge permite tal ação classificadora em seu interior, resultando em maior eficiência e menor consumo de energia. Estas máquinas podem operar a seco ou via úmida.

11 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 11 Moinho de barras Características - L /D: entre 1,3 e 1,7. Sempre > 1,25. - RR: entre 12:1 a 20:1 para modelos com descarga por overflow e periférica. - RR: entre 4:1 a 8:1 para modelos com descarga periférica central. - Limite prático para comprimento das barras: 20 ft. - Trabalha com velocidades de rotação menores que as de um moinho de bolas de mesmo tamanho. - Máquina para circuito aberto. Moinho de bolas Características - L/D: é função do grau de finura desejada para o produto moído, e pode variar entre 1 e 5.* - Em plantas de processamento os moinhos usados são do tipo overflow que operam a úmido e tem L/D entre 1 e 2,5. - RR: na faixa de 15:1 a 25:1. - Trabalha em velocidades de rotação maiores que as usadas nos moinhos de barras. - Máquina para circuito fechado.

12 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 12 No uso de placas metálicas é preciso interpor entre elas e a carcaça um lençol de borracha (ou de zinco fundido) de modo a permitir uma perfeita aderência e evitar atrito entre metais, bem como a entrada de sólidos entre o revestimento e a carcaça. Os perfis mostrados à esquerda são para moinho de barras. Os revestimentos de borracha, tem tido seu uso crescente. Além de resistência ao desgaste superior ao material metálico, são mais leves, de mais fácil manutenção e absorvem ruído. Em polpas corrosivas levam grande vantagem sobre placas de metal. Alguns tipos de perfis são mostrados ao lado. Figura 5- Perfis dos revestimentos internos de moinhos.

13 Figura 6- Perfis dos revestimentos para moinhos de bolas. Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 13

14 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 14 Moagem autógena: só fragmentos da rocha são usadas como meio moedor. Usada apenas em casos especiais. Moinhos FAG (full autogenous grinding). Importante salientar que tal operação realiza, em um único equipamento e em um único estágio, reduções de tamanho que cobrem desde a etapa da britagem primária até a moagem. Para muitos autores não pertence, portanto, no senso estrito, ao campo da moagem. Entretanto, para outros autores é classificada como moagem e a máquina chamada de moinho ! A verdade: atualmente é de uso padrão em plantas de processamento. Moagem autógena e semi-autógena Moagem semi-autógena: meio moedor é composto por fragmentos da rocha e bolas de aço. São usadas em muitas das plantas de beneficiamento. Moinhos SAG: semi-autogenous grinding.

15 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 15 Figura 7- Moinho SAG da mina do Sossego no Pará. Ao lado: moinho SAG de 38 x 23 (11,6 m x 7 m) com motor de kW ( HP) ! Acima: tampa-lado da alimentação.

16 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 16 Figura 8- Circuito de moagem de San Gregorio. SAG - 6 m diâmetro x 3 m comprimento - bolas de 4 e 5 de diâmetro - densidade da polpa: 1,8 t/m 3 - F80: 110 mm - P80: 10 mm - consumo de bolas de aço: 0,45kg/t - consumo de energia: kW/h - carga de bolas: 15% Bolas - 4 m diâmetro x 6 m comprimento - bolas de 2 e 3 de diâmetro - densidade da polpa: 1,9 t/m 3 - carga circulante: 260 % - consumo de bolas de aço: 0,65 kg/t - consumo de energia: kW/h - carga de bolas: 40% SAG Bolas

17 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 17 Figura 9- Peneira tipo trommel. Trommels são usados no lado da descarga da maioria dos moinhos. No SAG tem a função de separar scats e bolas de aço gastas. Bolas de aço desgastadas no SAG e retidas no trommel. San Gregorio, Uruguay.

18 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 18 Figura 10- Moinho vertical tipo tower mill. Ao contrário dos moinhos tubulares, onde o movimento da carga é realizado por meio da rotação da carcaça, um moinho do tipo vertical (tower mill) apresenta uma carcaça estacionária. Neste o movimento da carga se dá através de dispositivos internos denominados em inglês de stirrer.

19 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 19 O tipo mostrado ao lado, mói o material de alimentação (- 1/4") gerando um produto na faixa de 74 a 2 micra ou ainda mais fino. Pode ser usado em processo contínuo ou batch e em circuito aberto ou fechado. Capacidade de até 100 tph. Originalmente projetado para moagem fina, atualmente é usado na moagem primária, secundária, re-moagem, moagem fina e ultra-fina e aplicações específicas. Figura 11- Moinhos verticais da mina do Sossego.

20 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 20 Usados para obter granulometria muito fina, impossível de ser obtida com moinho de bolas convencional. A faixa de tamanho do material processado é em média de 30 mm na alimentação e produtos com menos de 10 m. Opera a seco ou a úmido. Consiste, basicamente, de dois tubos localizados um ao lado do outro, e entre estes há um peso apoiado excentricamente e conectado por uma junta a um motor de cerca de 1500 rpm. A rotação do excêntrico vibra os dois tubos produzindo uma oscilação circular de poucos milímetros. Os corpos-moedores ocupam de 60 a 70% dos tubos e vão fragmentando o material por atrição, que passa longitudinalmente como um fluido em uma hélice de spin complexo. Figura 12- Moinhos vibratório.

21 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 21 Dinâmica interna no moinho de bolas As bolas em um moinho podem apresentar basicamente quatro movimentos. - Rotação é movimento de giro das bolas em torno de seu próprio eixo. produzindo quebra por compressão. Este efeito é pequeno dentro do moinho. - Translação é o movimento circular das bolas de acompanhamento da carcaça até uma certa altura. Este movimento não promove nenhuma quebra, é um dos responsáveis pelo gasto excessivo de energia na moagem. - Deslizamento é o movimento contrário ao movimento do moinho. As várias camadas de bolas deslizam umas sobre as outras e sobre a superfície interna do moinho, dando origem à quebra por atrito. Este efeito é acentuado quando a velocidade do moinho é baixa. Queda: movimento resultante das bolas pela força da gravidade e que origina a quebra por impacto. Este efeito é acentuado quando a velocidade do moinho é aumentada.

22 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 22 Regimes de operação no moinho de bolas Catarata: neste tipo de regime as bolas ganham energia suficiente para serem levantadas no interior da carcaça até uma posição bem elevada, transformando a energia potencial em energia de impacto realizada sobre as partículas sólidas, corpos moedores e carcaça. Este regime é considerado adequado para a fragmentação de material grosseiro e evita a produção excessiva de finos (sobre-moagem). Velocidade muito alta, como se usava antigamente (> 80% da velocidade crítica), provoca grande desgaste do revestimento e dos corpos-moedores. A velocidade e o volume de carga, dentre outros fatores, contribuem na determinação do tipo de regime de operação do moinho, os quais são basicamente:

23 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 23 Regimes de operação no moinho de bolas A velocidade e o volume de carga, dentre outros fatores, contribuem na determinação do tipo de regime de operação do moinho, os quais são basicamente: Cascata: neste regime, baixa a velocidade do moinho e um alto fator de enchimento fazem com que as bolas rolem sobre as outras, pois não podendo alcançar alturas maiores, possuem baixa energia potencial e conseqüentemente baixa energia cinética, promovendo uma moagem mais por atrito e abrasão. Se é necessário produzir material fino, este seria o regime ideal. No entanto, há também um grande desgaste do revestimento e dos corpos-moedores.

24 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 24 Figura 13- Áreas no interior de um moinho de bolas.

25 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 25 a) moinho girando a uma velocidade menor que a velocidade crítica (VC): Força de gravidade > Força centrífuga. Como resultado a bola deixará a parede e será arremessada por meio de uma trajetória parabólica, realizando trabalho de moagem e atingindo o ponto 1. A ação dos corpos-moedores pode ser melhor visualizada considerando-se apenas uma bola no interior do moinho como mostrado abaixo. A bola acompanha a rotação da parede do moinho, presa à mesma por ação da força centrífuga, até o ponto 4, onde o peso da bola se iguala à força centrífuga. Nesse ponto, podem ocorrer duas situações: b) Moinho atinge a velocidade crítica (VC): Força de gravidade < Força centrífuga. Como resultado a bola permanecerá presa à parede pela ação da força centrífuga, durante a volta completa do cilindro, não realizando trabalho de moagem. A velocidade crítica (VC) é calculada pela equação, onde D é o diâmetro do moinho em metros.

26 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 26 Circuitos de moagem convencionais Figura 14- Circuito barras aberto. Circuito aberto: moinho de barras recebe a alimentação e seu produto não retorna após estágio de classificação.

27 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 27 Circuitos de moagem convencionais Figura 15- Circuito barras-bolas fechado. ÁGUA Circuito fechado: moinho de bolas é alimentado pelo underflow da ciclonagem e seu produto retorna a este moinho após classificação.

28 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 28 Figura 16- Circuito SAG-bolas fechado, San Gregorio (2013). Alimentação SAG Bolas Tolva Overflow Produtos moídos Undersize do trommel Underflow Hidrociclones 2 2 – Britadores cônicos – Pontos de adição de água Circuito fechado no SAG: o SAG trabalha fechado com a britagem intermediária: os scats britados nos cônicos voltam ao SAG. Circuito fechado no bolas: o bolas trabalha fechado com a classificação.

29 Capítulo 7 – Moagem UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 29 Figura 16- Circuito SAG-bolas fechado, San Gregorio. Este é o circuito antigo de San Gregorio, antes da instalação da britagem intermediária. SAG era aberto e o bolas fechado. O circuito total é considerado fechado.


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