Procesamiento de minerales I Separação por meio denso

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1 Procesamiento de minerales I Separação por meio denso
Maria Luiza Souza Montevideo – Porto Alegre 12-16 Agosto 2013 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

2 Capítulo 11 – Separação por meio denso
Introdução É considerado o método gravimétrico de maior precisão de corte e por essa razão tem ampla utilização. O princípio é usar um meio de separação (líquido ou suspensão) de densidade conhecida e controlada, que seja intermediária com relação à densidade dos minerais que serão separados. A faixa granulométrica usual para a aplicação do processo está entre 0,5 mm e 300 mm, dependendo do equipamento de separação que será utilizado. O mineral mais leve flutua e o mais pesado afunda, produzindo dois produtos. O princípio está ilustrado ao lado esquerdo. Flutuado é a corrente com os sólidos leves, com peso específico (s) menor que o peso específico do meio de separação (m) . Afundado é a corrente com os sólidos pesados, com peso específico (s) maior que o peso específico do meio de separação (m). Meio denso m= 2,8 Alimentação Flutuado: minerais com s<2,8 Afundado: minerais com s>2,8 Processo foi desenvolvido para o beneficiamento de carvões minerais de difícil lavabilidade. Primeira instalação foi na Holanda pela DSM (Dutch State Mines). UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

3 Capítulo 11 – Separação por meio denso
Tipo de meio denso usado na separação - líquidos orgânicos - soluções salinas suspensão de sólidos de alta densidade meios densos autógenos Líquidos orgânicos e soluções salinas são usados em laboratório. Seu uso principal é na caracterização (análise ou fracionamento) densimétrica. Suspensão de sólidos de alta densidade são muito usadas na indústria. Meio denso autógeno: é o meio criado no interior dos ciclones autógenos, onde ocorre acúmulo de material dentro do equipamento a ponto de gerar um meio denso (o projeto do equipamento é projetado para dificultar a descarga do underflow). Usado para separar carvão fino de pirita e na concentração de ouro. Embora já tenha existido processo de lavagem de carvão americano usando solução de cloreto de cálcio. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

4 Capítulo 11 – Separação por meio denso
Alguns líquidos orgânicos usados em laboratório Nome Densidade Vantagens Desvantagens Di-iodometano 3,31 Secam rápido. São líquidos homogêneos. Por diluição com solventes adequados cobrem amplo intervalo de densidades. Não reagem com o sólido. Muito Tóxicos. Odor é desagradável. Máscara respiratória para operador e sistema de extração de vapor são mandatórios. São caros. Tetrabromoetano 2,96 Bromofórmio 2,89 Tetracloreto de carbono (solvente) 1,58 Outros líquidos orgânicos: Percloroetileno  Densidade = 1,6 Para diluir o Di-iodometano usa-se o trietil ortofosfato. Gasolina também é usada solvente  Densidade da gasolina entre 0,85-0,95. Solução de Clerici ( Densidade relativa. São corrosivos ! UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

5 Capítulo 11 – Separação por meio denso
Soluções de sais inorgânicos para uso em laboratório Produto Densidade Vantagens Desvantagens Brometo de zinco 2,3 Muito mais baratas que líquidos orgânicos. Formam soluções homogêneas de baixa toxidade e de mais fácil manipulação. Prejudicial ao contacto com a pele. Corrosivas. Reagem com carvão: podem lixiviar algum componente e/ou ter efeito desengordurante. Deve-se cuidar a viscosidade da solução. Cloreto de zinco 1,9 Cloreto de césio 1,8 Cloreto de sódio 1,2 Usadas principalmente em escala de laboratório, embora já tenha existido processo industrial de lavagem de carvão americano usando solução de cloreto de cálcio. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

6 Capítulo 11 – Separação por meio denso
Suspensões de sólidos de alta densidade para uso na indústria Produto Densidade Vantagens Desvantagens Ferrossilício (15% Si) 3,8 São os meios usados na indústria. São baratos e podem ser usadas em laboratórios para partículas maiores que 10 mm. Trata-se de partículas sólidas finas (mas pesadas) suspensas em água, portanto a suspensão requer constante agitação para sua estabilidade. Galena 3,3 Magnetita 2,4 Quartzo (areia) 1,3 A densidade neste caso, se refere ao valor máximo atingido no meio denso. O valor de 15% de Si é um valor médio, pois se usa ferro-silício com teor de Si entre 14% e 16 %. Também é registrado o uso barita como meio denso. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

7 Capítulo 11 – Separação por meio denso
Suspensões Os meios densos artificiais, constituídos de uma suspensão aquosa de partículas muito finas de elevada densidade, são os mais usados industrialmente. O intervalo para separação varia entre 1,35 g/cm3 até 3,7 g/cm3 e em todo o intervalo de densidade é preciso manter a suspensão estável. Ainda, é preciso encontrar um ponto de equilíbrio entre a densidade da suspensão, sua concentração volumétrica e sua distribuição granulométrica (D.G.). A razão disto é que a suspensão deve apresentar uma viscosidade que não prejudique a separação. Para cada um dos sólidos mostrados no slide anterior, existe o que chamamos de concentração volumétrica crítica, até a qual a suspensão apresenta um escoamento livre e se comporta como um líquido newtoniano. Acima desta concentração crítica, a viscosidade aumenta rapidamente com o aumento da percentagem de sólidos, até cerca de 45% de sólidos em volume e a suspensão se comporta como um fluído de Bingham. Concentrações acima de 45% impossibilitam a separação. O tamanho das partículas exerce influência acentuada na relação entre a viscosidade da suspensão e a sua densidade. Para uma dada densidade, quanto maior o tamanho de partícula menor será a viscosidade da suspensão. Por outro lado, a estabilidade da suspensão está relacionada tanto ao conteúdo dos sólidos como ao seu formato e à sua distribuição de tamanhos. Quanto mais finas as partículas que compõem a suspensão, mais estável esta será. E, ainda, mais fino o mineral que poderá ser separado. A viscosidade do meio denso é afetada pela presença de finos (ou lamas) do mineral. Por esta razão finos devem ser “cortados” da alimentação de um meio denso. Para carvão, o tamanho mínimo, na corrente de alimentação a um meio denso, é de cerca de 32# Tyler (0,5 mm). UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

8 Capítulo 11 – Separação por meio denso
Suspensões Além da alta densidade, os sólidos que compõem um meio denso devem apresentar as seguintes propriedades. - Dureza adequada, pois não devem ter tendência a formar lamas (finos), pois isto aumentaria a viscosidade do meio. Mas também não podem ter uma dureza muito alta pois isto provocaria um desgaste excessivo nos equipamentos. - O meio deve ser facilmente removível, por lavagem, da superfície dos minerais que serão beneficiados; não deve ser corrosivo e não pode reagir quimicamente com os minerais. - é aconselhável a utilização de materiais com grãos arredondados, visto que os grãos angulosos diminuem a fluidez do meio e se degradam com mais facilidade. - O meio deve ser fácil descontaminação e recuperação. Inicialmente usou-se galena pura como meio denso, pois pode formar um meio denso com densidade próxima de 4,0. Acima deste nível a viscosidade do meio torna-se muito alta, o que dificulta a separação. A flotação, que é um processo caro, era o meio usado para descontaminar e regenerar o meio contaminado. Mas a maior desvantagem é que a galena é relativamente macia e ainda apresenta a tendência a sofrer oxidação, o que diminui bastante a eficiência da flotação. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

9 Capítulo 11 – Separação por meio denso
Suspensões Atualmente, o ferrossilício é o material mais empregado para meios densos usados na separação de minerais metálicos, devido a alta densidade possível de ser obtida. O material é uma liga de ferro e silício com pequena quantidade de carbono, com peso específico entre 6,7 e 6,9 g/cm3. É indicado para meios com densidade de separação entre 2,5 e 4,0 g/cm3. Há dois tipos de ferrossilício: o moído e o atomizado. O ferrossilício moído é mais barato, mas tem partículas irregulares e com distribuição de tamanho variável. Usado para separações entre 2,7 e 2,9 g/cm3. O material atomizado tem partículas esféricas e distribuição granulométrica mais controlada, levando a um melhor comportamento hidráulico das partículas quando em suspensão. Usado para separações entre 2,9 e 3,6 g/cm3. Exemplos: diamante e mineral de manganês. A magnetita, com peso específico entre 5,0 e 5,5 g/cm3, é o meio denso mais usado no beneficiamento de carvão e a quantidade mínima de magnetita é de 4 a 5 t por tonelada de carvão alimentada. O meio denso obtido atinge densidade máxima de 1,85 g/cm3. Tanto o ferrossilício quanto a magnetita são recuperados por separação magnética. Na serra do Navio (AP) a fração 3,5” x 5/16” era separada em 3,18 e a fração 5/16” x 20# em 2,9. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

10 Capítulo 11 – Separação por meio denso
Equipamentos A separação em meio denso é dividida em dois métodos básicos de separação: o "estático" e o dinâmico. A separação "estática" é feita em suspensões onde atuam somente forças gravitacionais, o que não implica que os equipamentos usados não possuam partes móveis, o necessário para prover a estabilidade do meio denso. A separação dinâmica é caracterizada pelo uso de separadores que empregam forças centrífugas, cerca de 20 vezes, ou mais, que a força da gravidade atuante na separação estática, que são os chamados separadores centrífugos. Na verdade, os equipamentos de separação em meio denso têm de prover duas funções que são independentes: manter o meio denso sob agitação constante ou as partículas sólidas decantam. remover o flutuado e o afundado da zona de separação, no interior do aparelho. Ainda é necessário recuperar e reciclar o meio denso. As mais diferentes soluções encontradas pelos fabricantes, levaram a uma grande variedade de equipamentos, os quais são divididos nos dois tipos principais já citados: os estáticos e os dinâmicos. De estático não tem nada !!! UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

11 Capítulo 11 – Separação por meio denso
Usado para carvão e minérios no intervalo granulométrico entre 300 mm (12") a 6 mm (1/4"). Capacidade de processamento para carvão: até cerca de 1000 stph. Embora, existam inúmeros equipamentos do tipo estático, só veremos este. Outros tipos podem ser encontrados nos livros textos. Tambores são disponíveis desde tamanho de laboratório até cerca de 5,4 m (18') de diâmetro x 8.1 m (27') de comprimento e podem fornecer separações de dois ou três produtos. A capacidade, para carvão ~1,000 stph (~900 t métricas por hora). Figura 1- Tambor de meio denso (estático). UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

12 Capítulo 11 – Separação por meio denso
O funcionamento de um ciclone a meio denso é similar ao de um ciclone de classificação. A geometria é diferente e o tipo mais difundido é o da DSM (com um ângulo interno de 20o). Usado para carvão e minérios no intervalo granulométrico entre 50 mm (2") a 0,5 mm (28#). Tamanhos desde 350 mm, sendo que os maiores possuem mais de um metro de diâmetro e capacidade aproximada de 250 t/h (para carvão). A Wemco, por exemplo, produz ciclones de meio denso para lavar carvão e outros minerais no intervalo de tamanho entre 50mm (2") e 0,5mm (28 mesh). Cyclones estão disponíveis em tamanhos entre 350mm (14") a 750mm (30") de diâmetro.São construídos em segmentos para facilitar a manutenção. Figura 2- Ciclones a meio denso (dinâmico). UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

13 Capítulo 11 – Separação por meio denso
90% 10% do meio denso O DWP é usado para tratar carvões e minérios, na faixa de 15 a 0,5 mm. Cerca de 90% do meio denso é alimentada, por bombeamento, na parte lateral e inferior do cilindro; o restante entra junto com a alimentação, para auxiliar a entrada da mesma no equipamento. O cilindro opera inclinado, em relação a horizontal: 25o para minérios e 15o para carvão. É usado para diamante, bauxita refratária, fluorita, manganês ,etc. DWP = DynaWhirlPool Figura 3- Separador Dynawhirlpool (dinâmico). UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

14 Capítulo 11 – Separação por meio denso
É um separador de dois estágios e resulta na obtenção de três produtos: concentrado, misto e rejeito. O misto obtido, dependendo da situação, pode ser cominuído, deslamado e retornar ao mesmo circuito, ou ser tratado separado. No tratamento de minerais metálicos, o segundo estágio de separação funciona como etapa scavenger, aumentando assim a recuperação global no circuito. O segundo produto (concentrado scavenger) pode ser, ainda, rebritado e, após deslamagem, retornar também ao circuito. Figura 4- Separador Tri-Flo (dinâmico). UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

15 Capítulo 11 – Separação por meio denso
O ciclone autógeno, (water only cyclone) – mostrado abaixo em azul - foi projetado para minimizar o efeito do tamanho e maximizar a influência da densidade das partículas. Comparado com o ciclone classificador (abaixo no canto direito), o autógeno apresenta a porção cônica mais curta (o ângulo de cone no ciclone classificador é de 12o a 20o, no ciclone autógeno é de 60o e no ciclone de fundo chato é de 0o). Esta diminuição do ângulo dificulta a descarga das partículas que rumam para o underflow. Estas partículas são pesadas demais para serem arrastadas pelo vórtice ascendente e se acumulam dentro do ciclone. Acabam por construir um “manto” de densidade elevada que permanece no interior do ciclone. A classificação por tamanho é minimizada, e apenas partículas muito pesadas poderão atravessar essa zona de elevada densidade e sair pelo underflow. Deste modo a separação deixa de ser por tamanhos e se torna densitária. Ciclone autógeno Ciclone classificador Observar a diferença na geometria dos dois equipamentos. Figura 5- Esquema de funcionamento do ciclone autógeno. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

16 Capítulo 11 – Separação por meio denso
Operações Auxiliares na separação por meio denso Diferente da maioria das operações de concentração, a separação em meio denso envolve mais de um processo unitário e várias operações são necessárias para o sistema operar de forma econômica e eficiente. 1. Preparação da alimentação. 2. Alimentação do mineral e do meio. 3. Separação dos leves dos pesados, isto é, a separação em meio denso propriamente dita. 4. Recuperação dos produtos: o afundado (pesado) e o flutuado (leve). 5. Recuperação do meio denso. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

17 Capítulo 11 – Separação por meio denso
Comentários A alimentação deve ser peneirada para a remoção de finos e lamas antes de alimentar o separador. A eliminação de finos e lamas é condição sine qua non para a operação ocorrer de forma eficiente. A alimentação deve ser molhada de modo cuidadoso para evitar que bolhas de ar aderidas a alguma partícula alterem a sua densidade. Em seguida, é adicionado uma parte do meio denso para ambientar o mineral a separar com o meio denso que efetuará a separação. Após a separação, os dois produtos (flutuado e afundado) saem recobertos com água e partículas do meio denso. É necessário desaguar os produtos e recuperar o sólido pesado que forma o meio denso. As razões destes procedimentos são: o sólido é caro e deve ser recuperado para uso posterior, além disso ele é um contaminante que prejudica a qualidade do concentrado se não for removido de modo adequado. Quando o meio é formado por ferrossilício ou magnetita - ambos são magnéticos – o desaguamento ocorre em separadores magnéticos de tambor. Esta operação é chamada de regeneração do meio denso, pois, além de adensar o meio, elimina lamas, finos de mineral e partículas finas resultantes de corrosão ou de degradação de tamanho do meio denso. Quando se usa galena, esta é recuperada por flotação e quando se usa outros meios - não magnéticos – utilizam-se espessadores, cones desaguadores, classificadores, etc. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

18 Capítulo 11 – Separação por meio denso
Esta figura mostra a configuração típica de um circuito com meio denso magnético (magnetita ou ferrossilício). Observar que o equipamento de separação poderia ser outro, por exemplo ciclone a meio denso. O circuito seria praticamente igual e só mudaria a “tolva” de separação. Bibliografia deste capítulo: B. A. Wills & T. J. Napier-Munn. Mineral Processing Technology (livro texto do curso). A. P. Chaves e R.C. Chaves Filho. Separação Densitária. Teoria e Prática do Tratamento de Minérios. Volume 6. São Paulo: Oficina de Textos, 2013. Tratamento de Minérios/Ed. Adão Benvindo da Luz et al. 4a Edição – Rio de Janeiro: CETEM/MCT, p. Figura 6- Esquema típico de um circuito de meio denso. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL