Procesamiento de minerales I Controle em plantas de processamento

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

2 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Serão discutidos os seguintes itens: Amostragem Pesagem Balanço de massa e volume (base úmida) Balanço metalúrgico (base seca) Sensitividade da equação recuperação UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

3 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Introdução Balanço metalúrgico é um item essencial em todas as plantas de beneficiamento. As três razões principais são: - determinar distribuição dos diversos produtos; - suporte para decisões operacionais; - auxiliar decisões econômicas. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

4 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Introdução Para realizar um controle e uma contabilidade adequada é necessário coletar dados fiáveis do processo. Em resumo, este capítulo trata: da coleta, da análise, e do uso de dados do processo de tratamento. Fiável = Confiável = FIABLE (ESPAÑOL) UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

5 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Introdução Requisitos essenciais para um sistema de contabilidade e controle ser considerado BOM: Amostragem e pesagem representativas e eficientes; Medidas (análises) químicas e físicas acuradas. OBS: controle por computador: é ótimo, mas não “vale nada” se os itens 1 e 2 forem deficientes. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

6 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Introdução As duas medidas mais freqüentes: -Determinação de umidade  B.M.* é em b.s.* -Determinação de teor (m.v.*)  sem teor não há B.M., só balanço de massas totais**. Obs.: * as abreviaturas estão nas anotações; ** para tal é preciso uma balança. B.M = BALANÇO METALÚRGICO (BASE É A MASSA DE METAL) b.s. = base seca (descontar a umidade ou seja a massa de água que acompanha o mineral) m.v. = material de valor, seja ele qual for UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

7 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Introdução 1. Umidade Procedimento usado  Amostras “catadas” nas CTs que alimentam o ROM para a planta, após pesagem*. Suposição: erro cometido é menor do que o erro obtido usando um sistema de amostragem**. *Quando há pesagem ! Isto não é o “padrão” em plantas de processamento mineral. ** Material ficaria exposto um longo tempo e a umidade não seria representativa ! UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

8 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Introdução Definição de umidade. Neste curso a umidade será expressa pela seguinte fórmula: u(%) = (massa úmida - massa seca) [1] massa úmida *Quando há pesagem ! Isto não é o “padrão” em plantas de processamento mineral. ** Material ficaria exposto um longo tempo e a umidade não seria representativa ! UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

9 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Introdução 2. Teor Procedimentos usados  são muitos, e serão detalhados com exemplos no decorrer do curso. Importante: uma grande responsabilidade recai sobre uma massa de material muito pequena ! E daí *? E daí que é primordial que esta “massa de material”, chamada AMOSTRA, seja REALMENTE REPRESENTATIVA DO “BULK” !! UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

10 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Introdução 2. Teor Sempre que possível amostras para teor devem ser coletadas quando o sólido está no menor tamanho* consistente com o processo e sempre minimizar variabilidades antes de amostrar. E.g.: é melhor e mais fácil amostras uma polpa do que a corrente de entrada a um britador primário. *Este tamanho vamos dar o nome de “GRANULOMETRIA” que indica que não é um tamanho único, mas sim um intervalo de tamanhos. O intervalo de tamanhos onde um material particulado está distribuído é chamado de DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA. E.g.: do Latin exempli gratia. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

11 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Regras básicas da amostragem Todas as partículas do fluxo de material devem ter a mesma chance de pertencer à amostra. Para que isto seja cumprido, só podemos extrair amostras corretas se amostrarmos todo o fluxo parte do tempo, como mostrado no próximo slide. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

12 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Regras básicas da amostragem Só existe um modo correto de delimitar e extrair amostras* ! AMOSTRAR TODO O FLUXO PARTE DO TEMPO. Qualquer outro modo é errado ! 1 2 3 4 Fluxo de material 5 6 Os outros modos são: Amostrar parte do fluxo todo o tempo. Muito usado em refinaria de petróleo  ERRADO ! Amostrar parte do fluxo parte do tempo é muito usado em plantas de processamento mineral  ERRADO ! UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

13 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Sólidos a serem amostrados I1 I2 I3 I4 I5 S L Amostragem é um processo probabilístico. Quanto maior a freqüência na tomada dos incrementos e quanto menor a massa destes incrementos, mais acurada a amostra final. L = lote, o que será amostrado em um dado período de tempo S = estoque, o que sobra e não faz parte da amostra, isto é o material que permanece na CT (correa transportadora). IN = são os incrementos tomados e que irão compor a(s) amostra(s) final (finais). Amostra: E =  IN Estoque: S Figura 1- Amostragem por incrementos. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

14 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Sistemas de amostragem corretos Amostradores lineares Amostradores do tipo “cross-belt” Amostradores Vezin Os dois primeiros trabalham como primários e os vezins como secundários ou terciários . Sinônimo de amostrador “cross-belt”  “go-belt” ou UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

15 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Os dois equipamentos são da Essa: Figura 2- Amostradores lineares de descarga aberta – Essa®. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

16 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
1. Corrente principal 2. Corrente secundária Fluxo Incremento 1 2 Se em um fluxo tivermos duas ou mais correntes  todas devem estar representadas ! Figura 3- Esquema de um amostrador linear. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

17 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
W > 3DN W W é a largura da abertura do cortador DN é o tamanho máximo de partícula na corrente que está sendo amostrada O equipamento é da MSS: Figura 4- Amostrador “go-belt” Materials Sampling Solutions®. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

18 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Importante ! Somente quando o cortador tem forma radial, a largura de sua abertura é diretamente proporcional a sua velocidade. Isto é, r/V = r´/V´ = Constante. Alimentação Amostra Corrente principal Vista de topo r’ r v W é a largura da abertura do cortador DN é o tamanho máximo de partícula na corrente que está sendo amostrada O equipamento é da MSS: Trajetória do cortador v’ Figura 5- Amostrador Vezin. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

19 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Sistemas de amostragem corretos devem cumprir: o cortador * deve ser apresentado à corrente em ângulo reto; o cortador atravessa toda a corrente; o cortador se move com velocidade constante; a abertura do cortador é suficiente para receber a maior partícula presente na corrente; O cortador tem capacidade suficiente para receber toda a massa de material amostrado. Os dois primeiros trabalham como primários e os vezins como secundários ou terciários . UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

20 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Métodos para divisão de amostras primárias Cone e quarteamento Paleado alternado Divisor Jones (de riffles) Divisor de amostras rotativo UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

21 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Cone e quarteamento Procedimento correto - Cone simétrico - Torta fina e de mesma espessura - Cruzeta corta a toda torta verticalmente ao mesmo tempo - A = B = C = D E qual é a amostra final ? A B C D Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 Sempre indicado como um procedimento ruim, pois é dependente da habilidade do operador. Mas todo mundo usa !!! Figura 6- Esquema de divisão por cone e quarteamento. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

22 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Paleado fracionado alternado Todo o material é divido em n porções (pilhas) iguais até a obtenção da massa desejada. Qual é a amostra final ? A, B, C D ou E ? Tem de ser o paleado verdadeiro e não podemos usar o paleado degenerado ! Figura 7- Redução de massa com paleado alternado. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

23 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Lote L E1 E2 E3 E4 E5 Livro Gy, página 19 PALEADO FRACIONADO VERDADEIRO  é correto ! E1 = E2 = E3 = E4 = E5 = Sim, são cinco amostras gêmeas ou potencias. TAXA DE AMOSTRAGEM = 1/5 Vantagem: Qualquer amostra entre E1 e E5 pode ser escolhida como a primária, POR SORTEIO, PLEASE ! Desvantagem: Manuseio extensivo logo custo elevado. Taxa de amostragem ?? Cinco amostras potenciais ? Figura 8- Paleado fracionado verdadeiro UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

24 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Lote L E S Cinco amostras potenciais ? Taxa de amostragem ? Livro Gy, página 20 PALEADO FRACIONADO DEGENERADO E = Taxa de amostragem de E = 1/N = 1/5, pois N = 5 Taxa de amostragem de S = (N-1)/N = 4/5 Tanto o estoque quanto a amostra foram PRÉ-DETERMINADAS. MÉTODO NÃO INDICADO, MAS E SEMPRE TEM UM MAS.... É mais barato que o paleado verdadeiro.... Pierre Gy usou este método sob condições especiais para arbitrar sobre um lote de minério de toneladas. Amostragem primária : Taxa = 1/20 com shovel de 5 t Amostragem secundária: Taxa = 1/10 com shovel de 5 t Amostragem terciária: Taxa = 1/10 com shovel de 1 t Amostra final para Laboratório: 8 toneladas Figura 9- Paleado fracionado degenerado UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

25 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
QUANDO USADO DE MODO CORRETO, GERALMENTE OFERECE BONS RESULTADOS NA REDUÇÃO DE MASSA. QUANTO MAIOR O NÚMERO DE DIVISÓRIAS MELHOR A QUALIDADE DA REDUÇÃO. PODE SER USADO COMO HOMOGENEIZADOR DE AMOSTRAS. LARGURA DAS CANALETA > 3DN. Figura 10- Divisor Jones para divisão de massa UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

26 Regras para uso correto de Jones
Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento Regras para uso correto de Jones - Usar bandeja e caixas de modo correto. - Material nem muito seco nem muito úmido. - Alimentar na linha central com a bandeja adequada. - Alimentar vagarosamente. - Treinar vários operadores. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

27 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Divisor para finos: - BONS RESULTADOS NA REDUÇÃO DE MASSA. - NÃO SÃO PORTÁTEIS. - SÃO FÁCEIS DE USAR E RÁPIDOS. Cuidado na divisão da amostra  perda de finos devido ao pó que não é coletado ! Para grossos ou com adaptação pode ser para polpas: Caixas coletoras devem ser, necessariamente, radiais. Pode ocorrer problemas na alimentação de material úmido e pegajoso. Perspectiva explodida 32 subamostras Figura 11- Divisor rotativo radial para finos (esq.) e grossos (dir). UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

28 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
LSA: amostrador para tubulação sem pressão. 1 1 PSA: amostrador para tubulação com pressão. O sistema mostrado é o Courier 6SL, que é fabricado pela Outokumpu Technology Minerals Oy. Pode analisar até 24 correntes, mas a média é de 16. 2 2 Figura 12- Sistema para análises químicas “on-line”: Courier®. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

29 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
2 1 PSA: tubulação com pressão. LSA: tubulação sem pressão. Figura 13- Detalhe dos amostradores primários do Courier®. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

30 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Fonte de radiação Radiação excitada Radiação característica emitida Amostra Detector causada pela excitação Um dos maiores problemas encontrados em análises químicas em linha (seja qual for o tipo de fonte de radiação: RX ou NA) é assegurar que as amostras primárias apresentadas ao sistema são representativas do bulk e que a “radiação-resposta” é obtida de uma sub-amostra representativa da amostra primária ! Em outras palavras, o problema não é de análise química mas continua sendo o velho e (des)conhecido problema de representatividade. Conversão da radiação detectada em teor Figura 14- Princípio da análise química em linha (“on line”). UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

31 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Fonte de radiação laser Radiação laser Difração característica emitida Amostra Detector em função do tamanho da partícula Este tema é objeto do capítulo 4 – caracterização de sólidos Conversão da difração detectada em D.G. Figura 15- Princípio da análise granulométrica em linha (“on line”). UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

32 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Estes equipamentos usam células de carga (“strain gauge”) que convertem pressão física em pulsos elétricos. São usados para medir fluxos secos. strain gauge Célula de carga (“strain gauge”) Célula de Carga é um transdutor que é utilizado para converter uma pressão física em pulsos elétricos. Compostas por um corpo metálico que funciona como receptor da pressão exercida, elas são encontradas em diversos dispositivos de medição. O corpo da célula é feito de material metálico, normalmente aço carbono ou inox. O formato do corpo possibilita que quando o mesmo se deforme, gere um pulso elétrico através de um extensímetro, que esta posicionado sobre o corpo. Extensímetro é um medidor de tensão que envia um sinal elétrico, o tipo mais comum de medidor de tensão formado de um suporte flexível isolante que suporta um padrão de folha metálica. Ligado ao corpo, a medida que o objeto é deformado (corpo) a folha também é deformada, mudando a resistência elétrica do extensímetro. Normalmente uma célula de carga contem quatro extensímetros em uma ponte de Wheatstone, podendo conter apenas um ou dois. Além da função mais comum (como dispositivo de pesagem), as células de carga podem oferecer outras funções como, controle para processos de classificação, enchimento e dosagem. Figura 16- Balanças de pesagem sob CT. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

33 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Na parte superior do slide se mostra um desenho esquemático dos componentes do sistema de pesagem em CT. Na parte inferior do slide é mostrado a montagem de uma balança, onde a unidade que pesa está centralizada entre as duas fotos. Figura 17- Balança de pesagem em CT. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

34 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
é um bom site para consulta sobre equipamentos. Figura 18- Simulação de erros de pesagem. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

35 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Eletrodos D: distância entre os eletrodos V: velocidade do fluxo Bobinas Para medir taxa de fluxo de polpas se usa, por exemplo, rotâmetros eletromagnéticos. Dever ser instalado em uma tubulação que conduza a polpa verticalmente para o topo da planta de processamento : por exemplo, na alimentação dos ciclones e não pode haver ar na tubulação. Principais vantagens do equipo são: não há obstrução do fluxo; é imune a variações de densidade, pH, viscosidade, pressão e temperatura. Flange Tubo Revestimento Figura 19- Medidor de fluxo para polpas (rotâmetro eletromagnético). UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

36 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
O princípio de funcionamento é baseado na Lei de Faraday para indução eletromagnética. Ue = B.L.Vf Q = A.Vf B: indução magnética (campo magnético) L: distância entre eletrodos Vf: velocidade do fluxo Q: vazão do fluxo I: corrente elétrica A: secção transversal da tubulação Ue: voltagem induzida A lei da indução de Faraday, elaborada por Faraday, afirma que a corrente elétrica induzida em um circuito fechado por um campo magnético é proporcional ao número de linhas do fluxo que atravessa a área envolvida do circuito, por unidade de tempo. Para nós: A voltagem induzida no condutor (minha corrente) conforme este condutor se move em um campo magnético é proporcional a velocidade do condutor. Ue = voltagem induzida é o que medimos. Faraday definiu essa lei de maneira verbal, usando o arcabouço de linhas de campo que ele mesmo havia desenvolvido, o que dificultou a transmissão de suas idéias no meio acadêmico. Apenas em 1845,  esta Lei foi escrita de forma matemática. Figura 20- Princípio de funcionamento do medidor de fluxo eletromagnético. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

37 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
A densidade de polpa costuma ser realizada com medidores nucleares. Estes dados são integrados juntamente com os dados dos medidores de fluxo eletromagnéticos e fornecem continuamente os fluxos mássicos de sólido seco e água na planta de processamento. Q Figura 21- Medidor nuclear de densidade de polpa . UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

38 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Obs: um problema freqüente neste tipo de sistema é a obtenção de licença de instalação e uso que deve ser tirada junto aos órgãos governamentais. Figura 22- Medidor nuclear de densidade de polpa (uso de raio gama). UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

39 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Para medir a p e a X% em uma polpa se usa balança Marcy. Disco indicador. O uso é em função da densidade do sólido. Pode-se comprar discos para diversos intervalos de densidades. Esta balança fornece a leitura direta e na hora, no mesmo disco indicador, da densidade e da percentagem de sólidos em uma polpa. p = densidade da polpa = mp/Vp X% = percentagem de sólidos em massa de uma polpa = 100. [(massa do sólido=ms)/(massa de polpa=mp)] ou X% = 100. ms/mp Figura 23- Balança Marcy com recipiente de aço inoxidável. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

40 Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento
Tabela 1- Discos indicadores para balança Marcy. Disco indicador Observação: densidade de 2,2 significa 2,2 t/m3 (toneladas métricas por metro cúbico) = 2200 kg/m3. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

41 Hora dos alunos trabalharem !
Capítulo 3 – Controle em plantas de processamento Balanço de massa e volume (base úmida) Balanço metalúrgico (base seca) Hora dos alunos trabalharem ! UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL