CONCENTRADOR ESPIRAL

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CONCENTRADOR ESPIRAL
O concentrador espiral é um engenhoso dispositivo utilizado na separação mineral. Ele foi estudado por diversos pesquisadores, que desenvolveram vários modelos deste equipamento.
PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO E PROCEDIMENTOS DE OPERAÇÃO DE UM CONCENTRADOR ESPIRAL
O processo de beneficiamento de polpas minerais no concentrador espiral se inicia na caixa de alimentação localizada no topo da espiral. Ali ocorre a redução da vazão de alimentação e a homogeneização do fluxo que supre a calha concentradora. Uma vez dentro da calha, os minerais da polpa começam a sedimentar, se separando de acordo com os tamanhos, formatos e pesos específicos dos grãos individuais. Partículas que tem expressivas razoes de massa por área superficial e grandes pesos específicos sedimentam imediatamente. Elas formam uma faixa na superfície da calha espiral que se move lentamente para a borda interna do canal. Surge então um filete de pesados que é recolhido por aberturas coletoras ou separado na descarga da calha com auxílio de lâminas desviadoras, como resultado da separação de minerais acima descrita, são estabelecidos dois componentes primários da polpa na calha: uma faixa de fluído que carrega partículas predominantemente pesadas e grosseiras e o restante da corrente que contém a maioria dos grãos leves e finos. Estes componentes, de conteúdos minerais diferentes, fluem em diferentes profundidades, encontram diferentes obstáculos, e como resultado disto assumem diferentes velocidades ou taxas de fluxo.
A faixa de pesados, tem a sua velocidade reduzida pela resistência hidrodinâmica e pelo atrito das partículas minerais com a superfície da calha, implicando na lentidão do seu escoamento. Como o movimento da faixa de pesado é pouco afetado pela extensão da força centrífuga que atua sobre ele, ocorre a sua descida quase que transversal à calha, se direcionando a parte mais baixa do perfil do canal concentrador. O componente composto de minerais leves desimpedido do atrito superficial da espiral, desenvolve uma velocidade superior a do composto de pesados, e devido a ativa ação da força centrífuga ele é empurrado na direção da borda externa da calha, deste modo a diferença nas forças centrífugas que atuam sobre os componentes da corrente modificada causa uma rotação no plano transversal ao fluxo descendente da polpa na espiral. A parcela da corrente próxima a superfície do fluxo de polpa move-se na direção externa da calha, alcançando o ponto que tem a máxima velocidade do fluxo. Neste ponto ela inicia uma descida escoando próxima à superfície da calha. Ela continua seguindo paralela ao fundo do canal se direcionando para a margem interna do fluxo. Esta rotação no plano transversal ao fluxo de polpa que desce o canal, serve para transportar as partículas minerais pesadas para o lado interno da calha. Lá elas serão agrupadas e desviadas para comporem o concentrado. As partículas leves que tem alta velocidade a baixa taxa de sedimentação se afastam neste movimento rotacional da borda interna da calha, e retornam para a margem externa do canal. Os componentes leves e pesados da corrente são, portanto transportados lateralmente em direções opostas se separando um do outro, produzindo o efeito de concentração da espiral.
Pode-se considerar então que os concentradores espirais funcionam devido a três conceitos interdependentes e coexistentes na separação mineral:
1. A sedimentação livre, que classifica as partículas minerais de acordo com as suas faixas de sedimentação;
2. O escoamento laminar, no qual as partículas se classificam de acordo com as suas capacidades em se reunirem e permanecerem em uma faixa de fluído; e
3. A corrente rotacional na seção reta do fluxo de polpa, a qual separa os componentes classificados da corrente devido a diferentes forças centrífugas que atuam neles.
Muitos dispositivos de concentração gravimétrica utilizam os princípios de livre sedimentação e de escoamento laminar, mas a adição do conceito da corrente rotacional transversal ao fluxo de polpa descendente faz da espiral o único dispositivo autocompensador.
 Corte do fluxo da polpa na calha da espiral, demonstrando seu mecanismo de concentração.
Movimento das partículas minerais na calha espiral e o recolhimento de pesados na abertura coletora.
APLICAÇÃO
Em algumas plantas piloto onde se recuperava Ilmenita, Rutilo e Zirconita, foram construídas plataformas simples de madeira para suportarem doze espirais concentradoras. Com o ajuste das mangueiras de alimentação havia a condição para serem feitos testes.
As plantas piloto com espirais não só fornecem uma precisa visão do projeto e dados metalúrgicos, como demonstram a flexibilidade da espiral em tolerar variações que habitualmente ocorrem nas usinas.
Na maioria das aplicações das espirais o produto desejado ou concentrado é espessado, significando que se a alimentação da espiral tem um percentual de sólidos de 15% a 35%, então o concentrado de minerais pesados terá 40% a 60% de sólidos. Portanto, na preparação da polpa que será usada em estágios subsequentes é somente requerida a adição de água e não o desaguamento, que frequentemente causa a perda de minerais valiosos.
A adição de água é geralmente menos custosa e mais segura que a eliminação deste liquido.
Outra grande vantagem do equipamento, é a sua fácil assimilação operacional. Pessoas com limitado conhecimento na área de beneficiamento mineral e em mecânica conseguem operar o equipamento com excelentes resultados. Isto tem grande importância nas regiões que tem poucos especialistas em tecnologia mineral, bastando então, que o operador tenha boa percepção visual e entenda a concentração na qual tenha responsabilidade.
Espirais concentradoras não tem peças que se movimentam continuamente, isto evita o desgaste prematuro do equipamento e a necessidade da manutenção rotineira. Com o uso de materiais resistentes a abrasão como borracha, uretano, e outros compostos nas superfícies que tem contato com a corrente de polpa, se proporciona uma longa vida ao equipamento. Isto é demonstrado pela existência de plantas concentradoras, que utilizam espirais e, que funcionam por mais de vinte anos produzindo bons concentrados.
USINA E MATERIAL ONDE É USADO
Na sua grande maioria os concentradores espirais estão concentrados em usinas de beneficiamento de Mineral de Ferro, Cromita, Areias Minerais, Areia de Vidro, Ouro, Carvão e Mica, vejamos alguns exemplos:
Em Pitinga-AM, é feita a lavra e o beneficiamento dos minérios de cassiterita e columbita e, após anos de pesquisas e investimentos, em 2006 a empresa iniciou o processo de substituição do aluvião pela extração da rocha primária, projeto denominado “Rocha-Sã”. A cassiterita e columbita, são concentradas em vários equipamentos principalmente jigues, espirais, mesas, separadores eletrostáticos e magnéticos.
Em Congonhas-MG, a C.S.N opera com a produção de minério de ferro onde um de seus processos utiliza a concentração espiral.