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

2 Capítulo 5 – Cominuição UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 2 Figura 1- Planta de processamento de minério de ferro. Neste capítulo são apresentados: - mecanismos de quebra; - aspectos energéticos; - leis da cominuição.

3 Capítulo 5 – Cominuição UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 3 - Conjunto de operações de redução de tamanho das partículas minerais. - Inclui a britagem (1ª. etapa) e a moagem (2ª. etapa). - Execução controlada, em etapas e de modo a cumprir um objetivo pré-determinado. - Controlar tamanho máximo dos produtos e evitar a geração excessiva de finos.

4 Capítulo 5 – Cominuição UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 4 Na indústria, as operações de cominuição são necessárias para permitir as seguintes operações. - Manuseio do sólido: bloco de granito de 44 pesa cerca de 3,8 t. - Transporte contínuo do material: CT. - Utilização direta do material: agregados para construção e calcários para agricultura. - Liberação do material de valor: processamento de valores metálicos e outros.

5 Capítulo 5 – Cominuição UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 5 Em uma planta de metálicos, a britagem reduz o tamanho do sólido até o tamanho necessário para a operação posterior, a moagem. A britagem é realizada pela compressão ou impacto do sólido contra superfícies rígidas em contraste com a moagem que é realizada principalmente por abrasão e impacto de um meio moedor que se movimenta livremente com o sólido. A britagem é, em geral, realizada a seco, em até 4 estágios, com relações de redução necessariamente pequenas. A moagem a seco tem poucas aplicações no tratamento de minérios. Quase sempre é realizada a úmido, em até 4 etapas, com graus de redução grandes e muito variáveis. Não há uma rigidez quanto à terminologia usada para delimitar cada etapa da cominuição, porém, a classificação mostrada no Quadro 1 é bastante usada para sólidos frágeis.

6 6 Capítulo 5 – Cominuição Observar que a britagem fina e a moagem grossa se sobrepõem no que se refere ao intervalo de tamanho considerado, embora usem equipamentos diferentes. Na verdade, a terminologia usada na prática é bastante flexível, embora todos concordem que britadores trabalham por compressão e moinhos operem por abrasão. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

7 7 Capítulo 5 – Cominuição Mecanismos de fratura Nos sólidos cristalinos a fratura ocorre segundo superfícies preferenciais denominadas superfícies de clivagem. É necessário apenas que o força aplicada seja suficiente para romper as ligações entre os nós da grade cristalina. Caso contrário, o limite de elasticidade do material não será ultrapassado e a energia fornecida ao sólido durante a aplicação do esforço será liberada logo a seguir sob a forma de calor ou ficará armazenada como energia interna após o retorno para a forma inicial. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL compressão tensão Figura 1 – Trinca (ou fratura) resultante do esforço aplicado.

8 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 8 Capítulo 5 – Cominuição Alguns fatores são reconhecidamente importantes na fragmentação: - o modo de aplicação da carga é fundamental. Experiências mostram que a área adicional obtida por impacto é 3 a 4 vezes maior do que a que se obtém com a mesma carga aplicada lentamente por meio de prensas hidráulicas; - o mecanismo de quebra de partículas grandes é distinto do mecanismo de quebra de partículas pequenas. Experiências indicam que o tamanho das menores partículas produzidas está relacionado com a estrutura própria do material, mas o das maiores depende diretamente do modo como é conduzida a operação. Mecanismos de fratura

9 Capítulo 5 – Cominuição UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 9 Figura 2- Principais mecanismos de fratura.

10 Capítulo 5 – Cominuição UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 10 Figura 3- Distribuição de tamanhos resultantes dos três mecanismos de fratura: 1-abrasão; 2-compressão; 3-impacto.

11 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 11 Capítulo 5 – Cominuição Aspectos energéticos e Leis da cominuição A quebra dos sólido se dá pelo rompimento de suas forças de coesão ao longo das superfícies que o formam; portanto a cominuição importa na realização de trabalho, ou seja, a aplicação de uma certa quantidade de energia em proporção com a energia de coesão do sólido que deve ser rompido. É preocupação constante na área tecnológica o conhecimento destas relações de energia no processo de fragmentação dos sólidos pois, em plantas de processamento, é o setor de cominuição o que mais consome energia. É estimado que apenas entre 0,1 a 2% da energia fornecida ao equipamento é usada realmente para aumentar a energia de superfície do material, com grande parte da energia absorvida pelo próprio equipamento. Existem três teorias antigas que buscam relacionar a energia necessária para fragmentar um material até um tamanho pré-estabelecido e são chamadas de Leis da cominuição. São elas: lei de Rittinger, lei de Kick e lei de Bond. As duas primeiras têm uma base teórica profunda, mas a terceira é puramente experimental !

12 Lei de Kick ou primária n = 1 E = K1 log (D F /D P ) Lei de Bond ou intermediária n = 1,5 E = Wi [(1/D P ) 0,5 -(1/D F ) 0,5 ] UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 12 Capítulo 5 – Cominuição Lei de Rittinger ou secundária n = 2 E = K2 [(1/D P )-(1/D F )] Lei geral đ E = - K dD/D n Integrando para os três valores de n, temos:

13 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 13 Capítulo 5 – Cominuição Figura 4- Forma geral da relação entre redução de tamanho e energia.

14 Capítulo 5 – Cominuição UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 14 A cominuição é o processo recebeu maior atenção dos pesquisadores nos últimos anos, principalmente a moagem- classificação, e o motivo é: se trata da operação unitária mais importante tanto em termos de consumo energético quanto em relação ao desempenho global de uma planta de concentração. Diversos modelos têm sido aplicados na simulação e controle de circuitos de moagem, entre eles podemos citar: balanço populacional, simulação usando DEM, etc. Um aplicativo bastante usado na otimização de circuitos de fragmentação em processamento mineral é o JKSimMet®: é um produto comercial derivado da extensa pesquisa realizada no instituto JKMRC em conjunto com a UQ e no centro de pesquisa aplicada CSRIO.

15 Capítulo 5 – Cominuição UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 15 A complexidade envolvida no interior de um moinho de queda impede o cálculo dos valores dos parâmetros mais importantes para a modelagem a partir da aplicação dos princípios fundamentais da física. Assim, foi necessário desenvolver técnicas eficientes para a estimativa dos parâmetros dos modelos a partir dos dados experimentais. Estudos mostram que a maioria dos modelos aplicados aos moinhos usam métodos semelhantes para descrever a função de taxa de quebra e a função de distribuição de quebra. Todavia, cada modelo tem seu próprio modo de representar os mecanismos de transporte do material.

16 Capítulo 5 – Cominuição UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 16 Figura 5- Simulação usando DEM

17 Capítulo 5 – Cominuição UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 17 Figura 6- VisioRock® sistema da Metso. Mede distribuição de tamanho. Determina texturas e cores em separado por classe de tamanho. Discrimina diferentes tipos de minério, etc.

18 Capítulo 5 – Cominuição UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 18 Livros recomendados: - Mineral Comminution Circuits. - An Introduction to Mineral Balancing and Reconciliation.


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