Procesamiento de minerales I Cominuição

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

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

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Capítulo 5 – Cominuição - 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. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

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Capítulo 5 – Cominuição 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. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

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Capítulo 5 – Cominuição 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. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

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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

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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. compressão tensão Figura 1 – Trinca (ou fratura) resultante do esforço aplicado. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

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Capítulo 5 – Cominuição Mecanismos de fratura 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. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

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Capítulo 5 – Cominuição Falta um ! Qual é ? Figura 2- Principais mecanismos de fratura. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

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

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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” ! Itabirito – MG UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

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Capítulo 5 – Cominuição Lei geral đE = - K dD/Dn Integrando para os três valores de n, temos: Lei de Kick ou primária n = 1 E = K1 log (DF/DP) Lei de Bond ou intermediária n = 1,5 E = Wi [(1/DP)0,5-(1/DF) 0,5] Lei de Rittinger ou secundária n = 2 E = K2 [(1/DP)-(1/DF)] d cortado (đE): significa que a diferencial não é exata, ou seja depende do caminho. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

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Capítulo 5 – Cominuição Figura retirada de Hukki, R.T. (1975). The principles of comminution: an analytical summary. Eng. Min. J., 176(May), 106. Figura 4- Forma geral da relação entre redução de tamanho e energia. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

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Capítulo 5 – Cominuição 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. DEM = Discrete Element Method DEM tem sido aplicado não apenas para simular a moagem, mas para vários sistemas envolvendo fluxos de material particulado. JKMRC = Julius Kruttschnitt Mineral Research Centre CSIRO = Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

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Capítulo 5 – Cominuição 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. Técnicas de estimativa de parâmetros dos modelos de moagem podem ser classificados em três grandes categorias: Métodos gráficos que são baseados principalmente na mogeam de distribuições granulométricas estreitas. Métodos com uso de traçadores, que envolvem a introdução de um traçador em um dos intervalos de tamanho da alimentação, seguido pela análise do produto para o traçador. métodos de regressão não-lineares, que permitem que todos os parâmetros sejam computados com um mínimo de trabalho experimental. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

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Capítulo 5 – Cominuição 2 3 1. = FAM / Molinos de bolas 2. = Rock Breakage - DEM Simulation 3. = Ball mill simulation 1 Figura 5- Simulação usando DEM. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

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Capítulo 5 – Cominuição Mede distribuição de tamanho. Determina texturas e cores em separado por classe de tamanho. Discrimina diferentes tipos de minério, etc. Abstract Over the last few years, a number of vision or optical systems became commercially available to determine particle size distributions of ore or other material on a conveyor belt, or in some cases at the discharge of a truck or even in a pile in some cases. Most such systems were designed as standalone measurement devices, which generate information for the operators or for an independent control system. The VisioRock system is innovative both from the hardware and software point of view. It is based on the USB technology—although it can use either analog or industrial USB cameras—and the software is integrated within the vision module of the OCS©advanced control software. It is possible to install VisioRock cameras at many different locations in a comminution circuit, which interact with the control system and help to increase plant performance. The paper describes the VisioRock technology and some of the possibilities which result from its integration with OCS©. For instance, in addition to measuring the particle size distribution of solids, VisioRock can determine texture and color separately for each size class, discriminate between ore types and size distribution for different type of particles, and ability to seamlessly combine image analysis algorithms with other artificial intelligence tools such as expert systems, fuzzy logic, neural networks or phenomenological process models. Keywords: Particle size; Process instrumentation; Grinding; Crushing; Process control. Figura 6- VisioRock® sistema da Metso. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

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Capítulo 5 – Cominuição Livros recomendados: Mineral Comminution Circuits. An Introduction to Mineral Balancing and Reconciliation. Os dois livros podem ser adquiridos no site do JKMRC. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL