Teoria e Pratica do tratamento do minerio Vol 2

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Teoria e do Primo CO Tratamento de Minérios A creditamos que não é exagero dizer que a Engenharia de Minas é a arte de trans- Volume 2 formar em riquezas aquilo que a natureza dis- pôs na terra. É ela que possibilita aproveita- Arthur Pinto Chaves mento dos recursos minerais de forma que N e colaboradores mesmos possam gerar produtos que a huma- nidade precisa para sobreviver de forma digna. Neste sentido, consideramos que um dos ramos mais importantes dentro da Engenharia de Minas é O do Tratamento de Minérios, não apenas por sua abrangência e complexidade, mas também porque é de fato a ciência que, numa definição simplista, transforma pedras em matérias-primas para suprir os mais diver- de SOS ramos industriais. Este é exatamente O tema deste livro do Prof. Arthur Pinto Chaves e vários colabora- dores: uma abordagem das diversas áreas do Tratamento de Minérios, indo desde concei- tos elementares, que permite ao leigo ou ini- do ciante conhecer as noções básicas desse ramo da Engenharia de Minas, até operações mais sofisticadas. ISBN 85-87803-18-2 9788587803184 signus EDITORA eTEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 ARTHUR PINTO CHAVES E COLABORADORES 2004 EDIÇÃO (REVISTA E AMPLIADA) ESTA EDIÇÃO CONTOU COM O PATROCÍNIO DE metso minerals signus / BRASIL mineral EDITORA GAM Distribuidora PABX: (31) 3222-5206 E-mail: gam@gambh.com.brEDIÇÃO Índice - Volume 2 FRANCISCO E. ALVES REVISÃO 1 Desaguamento Mecânico 1 DE OLIVEIRA ALVES Introdução 2 PROGRAMAÇÃO VISUAL Métodos gerais 3 Ciclones desaguadores 3 SÉRGIO DE OLIVEIRA Classificador espiral 7 Dimensionamento de classificadores espiral 8 EDITORAÇÃO ELETRÔNICA Regime de classificação 8 Regime de corrente 11 YOSHIDA Cone desaguador 14 Centrífugas 15 Peneiras 20 Peneiras vibratórias horizontais 20 Peneiras estacionárias 22 Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) Peneiras Derrick 25 (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Pilhas desaguadoras 28 Silos desaguadores 28 Chaves, Arthur Pinto, 1946- Exercícios sobre desaguamento 30 Teoria e prática do tratamento de minérios / Volume 2 Referências Bibliográficas 48 Arthur Pinto Chaves. 2. ed - São Paulo : Signus Editora, 2004. ISBN 85-87803-18-2 2 Espessamento 49 Vários colaboradores. Obra em 3 V. Descrição do Equipamento 50 Bibliografia Equipamentos semelhantes 58 Mecanismos do Espessamento 59 1. Minérios - Tratamento I. Título Fundamentos 59 Fenômenos que ocorrem no espessamento 62 96-1183 CDD-622.7 Tratamento Teórico 65 Dimensionamento de Espessadores 69 Índices para catálogo sistemático: Ensaio de espessamento 69 Cálculo de espessadores 75 1. Minérios : Tratamento : Engenharia de minas Coe e Clevenger 75 Kynch ou Talmage e Fitch 76 2. Tratamento de minérios : Engenharia de minas Zona de compressão 77 622.7 Regra dos 3 ft 78Wilhelm e Naide (22) 79 Comparação entre os métodos 80 5 Aspectos Teóricos de Considerações de projeto 80 Filtragem e Desaguan Pratica Operacional 85 Espessadores de Lamelas e Super-Espessadores 89 Aspectos Teóricos da Filtragem e do Espessador de lamelas 90 Aspectos Fluidodinâmicos Super-espessadores 93 Fenômenos de Superfície Exercícios sobre Espessamento 96 Ação dos produtos químicos Referências Bibliográficas 116 Referências Bibliográficas 3 Filtragem 119 Introdução e Definições 120 Descrição dos sistemas 122 Descrição dos Equipamentos 126 Filtros de Discos (figura 5) 127 Filtro Plano ou de mesa (figura 8) 131 Filtro de Tambor (figura 9) 132 Filtro de Correia (figura 11) 134 Filtro-prensa 135 Mecanismo de Filtragem 141 Meios filtrantes 143 Dimensionamento de Filtros 149 Projeto de Instalações de Filtragem 158 Prática operacional 158 Exercícios sobre Filtragem 162 Referências Bibliográficas 173 4 Reagentes Auxiliares 175 Reagentes Auxiliares 176 Floculantes e coagulantes 176 Produtos Químicos Utilizados como Floculantes 180 Auxiliares de Filtragem 182 Preparação, dosagem e adição de reagentes 183 Referências Bibliográficas 186Introdução Métodos gerais O objetivo das operações de desaguamento é reduzir a umidade Arthur Pinto Chaves de produtos de outras operações unitárias de tratamento de minérios para a sua utilização final (venda) ou para atingir as condições exigidas Domingos Sávio Borges de Queirós pelas operações unitárias Este é caso, para exemplifi- Geraldo da Silva Mata car, do adensamento de produtos de moagem em circuito fechado (over- Luiz Antônio Fonseca de Barros flows de classificadores espiral) antes do condicionamento, ou do aden- samento da alimentação de filtros. Ronaldo de Moreira Horta Vários equipamentos podem ser e são utilizados para esta opera- ção: peneiras vibratórias horizontais, peneiras DSM, classificadores espi- ral, cones desaguadores, ciclones desaguadores, pilhas e silos de dre- nagem. As embora de uso na indústria química, são praticamente restritas às indústrias do carvão e do caulim. Os equi- Ciclones desaguadores pamentos mais extensamente utilizados são os espessadores e os filtros a vácuo, que merecerão por isto atenção especial. Os ciclones desaguadores são os mesmos ciclones utilizados para Estas operações são também muito utilizadas na indústria quí- a operação de classificação. O controle do desaguamento é feito pela mica e na metalurgia extrativa onde, em geral, produto de interesse regulagem do apex que, ao contrário da prática do regime de classi- é a fase líquida, ao contrário indústria mineral, onde o interesse ficação, deve estar estrangulado. está sempre centrado na fase sólida. As condições que regem funcionamento do ciclone fazem É importante distinguir claramente, desde já, desaguamento e secagem: com que as partículas sólidas que se dirigem ao underflow só pos- no desaguamento, apenas métodos mecânicos são utilizados, e resta sempre sam sair pela abertura inferior, apex. Devido a sua massa indivi- alguma umidade residual no minério ou concentrado, ao passo que na seca- dual relativamente elevada, é impossível para estas partículas se- gem utiliza-se calor e objetivo é umidade final zero ou próximo disso. rem arrastadas pelo vórtice ascendente e saírem pelo overflow. Os métodos de separação ou, no nosso caso mais espe- Desejando-se obter desaguamento, que se faz é estrangu- cificamente de desaguamento, podem ser classificados de duas formas: lar esse orifício: as partículas sólidas continuam saindo por ele, mas *pelo movimento relativo das fases: O sólido move-se através do como a secção do orifício foi reduzida, a capacidade de vazão atra- líquido em repouso, o que se denomina decantação, e cujo exemplo vés dele também é. Como as partículas só podem sair por aí, parte mais marcante é espessamento; ou líquido move-se através de da água já não pode passar e tem que sair pelo overflow. Para que a uma fase sólida estacionária, como ocorre na filtragem ou na drena- mudança na relação de diâmetros não afete a partição, pro- gem em pilhas ou silos ou, ainda, em peneiras; cura-se trabalhar em pressões inferiores necessárias para uma * pela utilização de forças auxiliares à separação: gravitacionais, boa classificação (a velocidade do vórtice ascendente e, conse- de pressão ou vácuo. qüentemente, a sua capacidade de arrastar partículas maiores é As definições de umidade e porcentagem de sólidos, bem como os função direta da pressão de alimentação no ciclone). conceitos de balanços de massas e de água, são considerados bási- Uma boa operação de desaguamento exige que a descarga do e fundamentais para entendimento dos assuntos aqui expos- underflow seja do tipo cordão, como mostrado na figura 1, ao con- tos. Eles estão apresentados no capítulo "Noções Básicas" (primeiro trário da descarga tipo spray (típica da mostrada na volume), que deve ser consultado em caso de dúvida. Lembrar que mesma figura. Passando-se da descarga tipo cordão para a descarga estaremos usando sempre a unidade calculada em base seca. tipo spray, deixa de ocorrer desaguamento e processo passa a ser de classificação. 2 3TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 Figura 1 Descarga de ciclones A prática operacional do desaguamento em ciclones conta, Figura 3 Apex de regulagem pneumática então, com os recursos de baixar a pressão da alimentação e de re- duzir o diâmetro do apex. Para esta última ação, dois mecanismos Todos os dispositivos, entretanto, exigem supervisão constan- são adotados: te e manutenção periódica, pois o desgaste do apex é intenso. Os inserções dentro do orifício do apex, com diâmetro ade- operadores devem ser orientados e, se necessário, disciplinados para quado, como é feito com os ciclones fornecidos pela AKW e mostra- manter as condições operacionais exigidas. A CVRD, em Vitória (ES), do na figura 2. utiliza gabaritos de madeira torneada para a verificação periódica do diâmetro dos apexes dos ciclones desaguadores. É uma prática inteligente, que tivemos a oportunidade de aplicar em pré-operação de novas unidades e em partidas após paradas programadas. Ciclones desaguam muito bem até diluições de 75% de sóli- dos em peso (correspondente a 33% de umidade, base seca) e como preparação para operações subseqüentes de condicionamento, se- paração magnética, espessamento ou filtragem. Eles não competem com espessadores, mas podem somar-se a eles. Um bom exemplo de operação conjunta ciclone/ espessador pode ser encontrado na antiga Fosfertil, em Tapira (MG), onde o concentrado fosfático, obti- do por flotação, é remoído em circuito fechado com ciclones. Para atender as condições do transporte por mineroduto, overflow do circuito fechado de moagem deve ser adensado a de sólidos. Isto é feito numa bateria de ciclones, cujo underflow é alimentado diretamente aos tanques de homogeneização da alimentação do mi- Figura 2 Inserções no apex do ciclone neroduto, enquanto que o overflow dos ciclones é espessado em es- pessador e misturado ao underflow dos ciclones nos tanques de ho- dispositivos de regulagem do diâmetro do apex mediante an mogeneização da alimentação do mineroduto. comprimido, como é feito pelos ciclones Krebs e mostrado na figura 3. Em qualquer operação de desaguamento em ciclones haverá apexes de borracha, apertáveis por braçadeiras. sempre alguma perda de partículas sólidas no overflow. Por isto, a sua aplicação fica restrita aos casos em que esta perda não seja pre- judicial aos objetivos do processo ou quando, como no exemplo dado acima, seja possível a sua recuperação posterior. 4 5TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 A figura 4 (extraída de 1) mostra a regulagem adequada do Classificador espiral apex, em função de descarga de sólidos através dele, para se obter as diluições desejadas no underflow. O sucesso dos ciclones como equipamento de classificação e desaguamento tem feito os classificadores mecânicos (espiral, de rasteio, de arraste e tambor Hardinge) perderem espaço para eles. Isto é lamentável, pois estes equipamentos têm características van- tajosas, em muitas aplicações. Especialmente em instalações de pe- queno e médio porte, são ainda muito utilizados. No Brasil, o classi- Capacidade de descarga de sólidos pelo apex (sht/h, densidade 2,65) ficador espiral (também referido na literatura como Akins) é o mo- 6 6 delo de uso mais difundido, merecendo destaque na indústria do beneficiamento de minério de ferro (neste caso, usinas de grande porte), que tiram proveito da diferença de densidade entre hematita 5 5 e minerais de ganga para obter concomitantemente a classificação o adensamento e um enriquecimento em ferro, muitas vezes suficien- te para fornecer um sinter feed acabado (2,3). 4 4 do O desaguamento no classificador mecânico ocorre porque o underflow é arrastado ao longo do fundo do classificador e, quando 3 75% adidas 3 sai do banho e começa a subir a calha, permite que parte da água contida escorra calha abaixo. Desta forma, consegue-se descarregá- lo com uma porcentagem de sólidos entre 65 e 75% (54 e 33% de 2 2 umidade). Trata-se, portanto, de um excelente desaguador; de baixo cus- to operacional, e em certos ramos, como no de areia para construção 1 1 civil, tem uso extensivo. Nesta aplicação fornece ainda a areia desla- mada ("areia lavada"), o que é uma vantagem adicional para con- sumidor final. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 10 15 20 30 40 50 60 70 90 100 150 200 300 400 600 Para esta aplicação específica desaguamento da mesma for- ma que com os ciclones, não se pode pretender uma boa classifica- Figura 4 Curvas de capacidade aproximada dos apexes (apud Krebs) ção. Para diminuir a perda de finos no overflow, utiliza-se a imersão para sólidos com densidade 2,65 máxima da rosca (imersão de 150%), o que ainda traz a vantagem de aumentar a área de classificação ("pool area"). Os fabricantes fornecem modelos mais longos que padrão, que dão um percurso maior para o underflow e, conseqüentemen- te, melhor desaguamento. Nesta aplicação, é de toda a Muito os ciclones de desaguamento trabalham cia trabalhar com a máxima inclinação do classificador, ao tempo. Aparentemente, isto é prejudicial aos ciclones de poliure- (31%). Em alguns portos de areia utilizam-se ainda jatos d'água tano: eles trincam quando expostos à luz solar (além de "melarem" para lavar o underflow e reduzir ainda mais o conteúdo de lamas quando ficam muito tempo sem uso). Uma observação de campo da areia lavada. Isto pode parecer um paradoxo jogar água para interessante é a de que, nestas condições, eles trincam com facilida- aumentar a retirada de água! mas funciona, principalmente por- de e, mais ainda, que a trinca começa sempre na logomarca estam- que diminui o arraste das lamas, que são as principais portadoras de umidade no minério. pada no * SILVA, Elias CVRD, Mariana, comunicação pessoal 7 6TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 Dimensionamento de classificadores espiral: Tabela 2: Capacidade de transbordo de overflow Regime de classificação Pool area MODELO 100 MODELO 125 MODELO 150 O dimensionamento de classificadores para desaguamento Diâmetro da é feito pela capacidade de transporte de underflow. As tabelas 1, espiral(") Tipo de tanque 3 2 e 3, bem como a figura 5, foram adaptadas pelo Prof. Dr. J. Re- nato B. Lima a partir dos dados de catálogo de um dos fornece- 24 reto = dores de classificadores (4). Diferentes fabricantes costumam for- "straight" = ST 14.1 19,3 necer capacidades diferentes para equipamentos de mesmo ta- médio - MF 15,7 22,4 30,0 manho, função, por exemplo, do passo das espirais. Veja-se a fi- largo FF 17.4 35,9 gura 6 (5), que fornece os mesmos valores dados na tabela 2. Este 30 ST 21.4 29,1 38,0 fabricante informa que ela foi construída a partir de classificado- MF 45,4 res operando em circuito fechado, com 400% de carga circulante. FF 26,8 40,0 55,4 Para outras condições, a capacidade de transbordo de overflow 36 ST 30,4 41.6 54,4 deve considerar o multiplicador apresentado na tabela 4 (5). Clas- MF 34,0 48,8 66,2 sificadores duplex têm o dobro da área mostrada na tabela 2. To- FF 38,1 57,1 79.7 dos os valores fornecidos se referem a material com densidade 42 ST 41,6 56,5 73,7 2,65. Para materiais diferentes deve-se usar a correção de capaci- MF 66,4 89,8 dade fornecida pela figura 5. FF 52,3 78,0 108,4 48 ST 53,5 72,9 MF 60,1 86,0 116,2 FF 67,6 101,2 140,8 54 ST 67,0 91,2 119,7 Tabela 1: Capacidade de transbordo de overflow, MF 75,4 107,9 146,7 metro de corte e % de sólidos no overflow para classifi- FF 85,1 126,9 177,9 cadores espiral 60 ST 83,4 113,3 147,7 MF % sólidos no 93,6 133,8 capacidade de transbordo (malhas Tyler) (um) (t/h) / ft2 overflow FF 105,6 157,8 66 ST 100,3 136,5 177.7 20 833 0,408 45 MF 112,9 218,4 28 589 0,358 40 FF 127,4 190,4 265,6 35 417 0,327 35 72 ST 118,4 161,5 209,8 MF 133,4 257,9 48 295 0,279 32 FF 151,0 225,2 313.2 65 208 0,237 30 78 ST 138,5 188,4 245,2 100 147 0,175 20 MF 156,3 224,3 302,2 150 105 0,115 18 FF 176,9 264,6 367,8 84 ST 160,2 283,4 200 74 0,075 15 MF 181,4 259,0 350,1 FF 205,5 306,7 426,6 9 8TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 Tabela 3: Capacidade de arraste de underflow (uma es- Tabela 4: Multiplicador de capacidade de transbordo piral por eixo = sp = "single pitch") de overflow de classificadores espiral Diâmetro da Capacidade Faixa de Potência (HP) espiral (") (t/h) / rpm / espiral rotação (rpm) (modelo SP)* CIRCUITO CARGA CIRCULANTE (%) MULTIPLICADOR 24 1.0 2 fechado 400 1,0 30 2 36 3,5 3 fechado 300 1,25 42 4,8 3 fechado 200 1,67 48 8.7 5 fechado 1110 2,5 54 10.5 5 60 17,3 6,5 7.5 aberto 0 4 (aproximado) 66 20,3 7,5 72 10 78 31.5 10 Há que se prestar muita atenção aos limites de rotação de 84 37.5 10 cada modelo. O limite superior é definido pela velocidade perifé- *os fabricantes oferecem também 2 ou 3 roscas por eixo (DP e TP). A rica da extremidade da espiral e pelo desgaste abrasivo conse- capacidade de arraste fica multiplicada por 2 ou 3 e para TP a potên- cia deve ser multiplicada por 1.5. qüente. Quanto maior o diâmetro da espiral, menor a rotação máxima permitida. O limite inferior é uma limitação mecânica do equipamento: as reduções em classificadores espiral são ex- tremas, obtidas com a utilização conjunta de correias em V, redu- 1,50 tores e coroa-e-pinhão e o valor apresentado na tabela é o que se 1,25 conseguiu ao fim do projeto mecânico. 1,00 0,75 Regime de corrente 0,50 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 densidades Este mecanismo é descrito com auxílio da figura 7, que Figura 5 Correção das capacidades mostra a descarga de overflow de um classificador espiral "straigth", cuja largura é B. Sobre o vertedouro forma-se uma 325 10 lâmina d'água de altura H. As partículas sólidas que afundarem mais que H não transbordarão e descarregarão pelo underflow. 200 15 Portanto, a condição limite para sair pelo overflow é afundar (#) 150 18 até sobre a borda. 100 20 no Seja R percurso que a partícula percorre na horizontal 80 25 desde o ponto de alimentação até overflow. Seja r a velocida- 65 30 de horizontal do fluxo de overflow e V a velocidade com que a 48 32 partícula está afundando na polpa. % 35 35 28 40 V r r H 20 = 45 V = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 H R R Descarga (t/24 h /sqft) Figura 6 Capacidades de transbordo do overflow (5) 10 11TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 De onde, R Q área do pool = Esta área é BR no classificador espiral e V no cone (ver figura 8) H Outra demonstração compara os tempos necessários para a partícula percorrer os percursos H e R respectivamente com veloci- V dades V e r: H = B V Figura 7 R th = r R H = D D V = r R H.r R H = C Sendo r = Q , fica B.H d H.Q Q V = = R.B.H área do pool Por exemplo: precisamos adensar um minério com 5%-25 Figura 8 um e 15% 40 um. Se optarmos por um de 40 um, perderemos (idealmente) 15% da massa, mas teremos um adensamento mais Qualquer velocidade de um fluido é igual ao quociente da sua rápido e um equipamento menor do que no caso de termos opta- vazão pela secção que ele atravessa. No caso, chamando a do por um de 25 um, situação em que perderíamos apenas 5% da massa. vazão de Q, e sendo a secção atravessada pela lâmina d'água B.H, O dimensionamento consiste, então, em escolher uma malha podemos escrever que de classificação suficientemente fina para que as perdas não preju- diquem a recuperação do minério. Para altas diluições, na prática Q até 5% de sólidos, a lei de Stokes pode ser aplicada com razoável r = . B.H precisão. Já nas condições reais, a velocidade de sedimentação V de uma partícula é função não só do diâmetro dessa partícula, como Substituindo r na equação anterior: também da viscosidade da polpa (presença de argilo-minerais) e da sua densidade, e é afetada pela temperatura e pela porcenta- gem de sólidos. Não existem expressões matemáticas suficiente- Q.H Q Q mente precisas para traduzir fenômeno. Este compromisso é mos- V = = R.B.H R.B área do pool trado em ábacos como da figura 9 (extraído de 4). 12 13TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 1000 que precisa desaguar uma polpa e não tem outro equipamento nem 20 tempo para esperar pela sua aquisição. 700 20 Os textos antigos (Richards, Gaudin e Taggart) descrevem os equipamentos mostrados nas figuras 10 e 11, cones Allen e Caldecott. 400 O ângulo do apex do cone varia conforme corte desejado: 60° para 40 300 grossos e 40° para finos, em função da escoabilidade do underflow. O seu princípio de funcionamento é mesmo dos classificadores 100 de corrente não confundir com 0 regime de classificação por classificação. 100 O National Coal Board inglês desenvolveu, no início da dé- 150 100 cada de 80, um cone para uso específico com carvão, que diz ser 90 00 200 muito eficiente. A figura 12 (6) ilustra esse equipamento, com 70 d=2,65 descarga tão adensada que pode ser manuseada por transporta- água 20°C so dor de correia. Keane (7) comenta que, para determinados mate- 40 riais, especialmente argilas, este tipo de equipamento deve ser 30 0.4 1.5 2.5 10 20 30 vantajoso, pois a densidade final atingida pelo seu underflow é velocidade de sedimentação (ft/min) função da pressão hidrostática aplicada. O formato deste equipa- mento deve portanto ajudar, desde que os sólidos estejam flocu- Figura 9 (apud 4) lados. Trata-se da aplicação do mecanismo de sedimentação por fase, que será estudado adiante. Para a utilização deste ábaco, entra-se com diâmetro de corte desejado na linha horizontal, até cruzar a curva da por- centagem de sólidos com que se está trabalhando. A vertical que A característica principal deste equipamento é o uso da passa por esse ponto dá a velocidade de sedimentação nessas con- dições. Isto vale para 20°C e materiais de densidade 2,65. Para força que atua sobre as partículas sólidas (ou sobre outras temperaturas (com a temperatura variará a viscosidade O líquido, dependendo do projeto da máquina) com uma in- da polpa) e densidades, devem ser feitas as correções correspon- tensidade muito maior que no campo gravitacional e que pode ser multiplicada mediante O aumento da velocidade de rota- dentes. A correção da viscosidade é inverso do quociente entre os dois valores, que podem ser encontrados nos manuais de Hidráu- ção. Tudo se passa como se peso das partículas fosse multi- lica, e a correção da densidade é: plicado por um fator maior que um, de modo que a decanta- ção das partículas no seio da massa líquida seja tão rápida quanto se desejar, ou, alternativamente, que se possa fazer se- dimentar partículas mais finas. As operações podem ser descontínuas, semi-contínuas e Cone desaguador contínuas. No primeiro caso, carga e descarga são feitas com a parada. Na operação semi-contínua, a operação ainda O cone desaguador é um equipamento que teve extensa apli- é feita por bateladas, mas já não é mais necessário parar a máqui- na para carregá-la e descarregá-la. Isto é importante, do ponto de cação no início do século passado e depois foi esquecido, muito pro- vavelmente devido à pressão dos fornecedores de equipamentos al- vista operacional, porque grande consumo de energia é utiliza- ternativos. É uma pena, pois ele funciona muito bem e pode ser fa- do para elevar a rotação da máquina até o valor de regime. cilmente construído em qualquer oficina de caldeiraria que tenha Há centrífugas utilizadas para a classificação de partículas uma calandra de tamanho suficiente. E, portanto, uma excelente so- extremamente finas, como caulim para papel, que fazem também lução de urgência ou emergência para engenheiro tratamentista um adensamento, mas que não serão consideradas aqui, onde se 15 14TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS - VOLUME 2 3 F 2 4 5 7 6 9 Figura 10 - Cone Allen 8 Figura 12 - Cone NCB (apud 6) objetiva apenas os equipamentos puramente desaguadores. Es- tes pertencem a dois tipos principais. As decantadoras são usadas para clarificar ou es- bor pessar gira em alta rotação e a força empurra as partícu- meio polpas ou soluções diluídas (1 a 2% de sólidos). Um tam- las sólidas para a periferia, de onde elas são retiradas por ou Figura 11 - Cone Caldecott de raspadores. O eixo do tambor pode ser horizontal, vertical inclinado e a operação pode ser contínua ou semi-contínua. 17 16TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 P 1,341 10-3 m.r2 (1/t), ou, P 1.47 10-5 m / onde: excêntrico cesto alimentação placa tubo de P = potencia, em HP, gaxeta traseira alimentação m = massa total, em Kg (centrífuga + carga), gaxeta esticador = raio de giração, m, polia N = rpm, t = tempo de aceleração, em seg. As centrífugas utilizadas no desaguamento de carvão são con- tínuas e do tipo de eixo horizontal. A figura 13 mostra um esque- ma do equipamento fornecido pela Wemco: a cesta é de aço inox, descarga dos efluentes usinada com precisão e balanceada. Existe um dispositivo que trans- mite um movimento vibratório ao eixo e faz a torta caminhar em direção à descarga. Os equipamentos destinados à utilização com carvão manu- rolamento seiam material de 100# a Existem de projeto es- suporte de descarga pecial capazes de manusear materiais de 325# a 3/8" borracha da torta A tabela 5, extraída de (9) fornece as capacidades das centrífugas gaxeta eixo fornecidas pela McNally. Este fabricante informa ter obtido remo- compartimento anel de compartimento ções de 75% da umidade inicial mediante o uso do seu equipamen- do mecanismo vedação de descarga to e comenta que a capacidade de remoção da umidade depende fundamentalmente da análise granulométrica do material, espe- Figura 13 Mecanismo da Centrífuga (apud 8) cialmente da quantidade de -28#. As filtrantes têm o tambor substituído por uma cesta de tela metálica ou placa perfurada e ela é revestida com Tabela 5: Capacidades de para carvão tela de tecido fino, de modo que a água atravessa-a e é descarre- gada como passante pela tela, enquanto os sólidos são retidos, GRANULOMETRIA t/h DE SÓLIDOS UMIDADE SUPERFICIAL (%) formando uma torta, caso da figura 13. Tais centrífugas funcio- nam então, na realidade, como um filtro em que o vácuo ou a' A150 A250 pressão tenham sido substituídos pela força A des- 11/2" 1/4 180 250 carga da torta pode ser contínua ou descontínua e é feita por 1" 1/4 160 220 raspadores ou mediante a aplicação de um movimento rítmico 11/2"x 0" 150 190 ao cesto, que faz com que a torta se movimente e seja descarre- 135 170 gada, caso da figura 13. 1/2" 0" 12,5 160 O consumo de energia é máximo quando a centrifuga está 3/8" 0" 115 14.5 acelerando e diminui consideravelmente quando a operação está 1/4" 0" 1111 140 em regime, porque nesta situação é necessário apenas vencer as perdas por atrito da máquina. A energia necessária para acelerar uma de raio r, desde o repouso até a rotação N. pode ser calculada pela expressão: 19 18TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 Peneiras Tabela 6: Capacidade de desaguamento de peneiras horizontais em t/h, onde A largura da peneira, Peneiras vibratórias horizontais B = vazão máxima de água admissível com a alimentação, C = tamanho do carvão (adaptado de 8) Este equipamento, também conhecido como peneiras "low head", tem uma faixa muito restrita em que funciona de maneira Desaguando carvão bitolado a 1/4" eficiente como peneira: a 1/8" a seco e a 48# a úmido (ver A B C Manual da Faço p. 5-37). Fora desta faixa, sua eficiência é muito ft 5x 1/2" baixa. Esta desvantagem como peneira é, entretanto, a causa do seu 3 170 60 65 75 80 90 95 100 4 240 84 91 105 112 126 133 140 sucesso como equipamento desaguador: fora da faixa adequada, ela 5 310 108 117 135 148 162 171 180 trabalha tão mal (como peneira), que deixa passar somente a água, 6 370 132 143 165 180 198 209 220 mantendo todas as partículas sólidas no oversize. 7 440 156 170 195 215 234 247 260 8 510 180 195 225 248 270 285 300 As capacidades, quando trabalhando com carvão, são mostra- das na tabela 6, extraídas de (8). Desaguando carvão bitolado a 0,5 mm Como será visto no estudo de peneiras vibratórias (terceiro A B C ft 3/4 x 1/4" 3 1/2 volume desta série), as peneiras vibratórias inclinadas têm recurso 3 80 45 50 60 65 70 75 80 de orientar a vibração (circular) no sentido pró-fluxo ou no sentido 4 110 63 70 84 91 98 105 112 Neste segundo caso, movimento do oversize é difi- 5 140 81 90 100 117 126 135 148 6 170 99 110 132 143 154 165 180 cultado e aumenta-se a eficiência de peneiramento, embora se dimi- 7 210 117 130 156 170 182 195 215 nua a vazão. Com peneiras horizontais não é possível fazer isto. 8 240 135 150 180 195 210 225 245 Inverter sentido do movimento vibratório retilíneo faria com que Desaguando carvão fino a 0,25 mm oversize se movimentasse no sentido oposto. A B C O recurso para facilitar ou dificultar o movimento do oversize ft 1 x 0" sobre a tela é, então, variar a inclinação da tela. Com inclinação 3 170 35 30 27 25 22 20 15 4 230 49 42 38 35 32 28 21 positiva (a favor do movimento do oversize), aumenta a velocidade 5 290 63 54 50 45 40 36 27 deste. Com inclinação negativa (descarga mais elevada que a ali- 6 350 77 66 60 55 39 44 33 mentação), movimento fica dificultado. No peneiramento isto se 7 410 91 78 71 65 48 52 39 8 470 105 90 82 75 67 60 45 traduz por maior eficiência. No desaguamento, que é nosso caso, se traduz por um desaguamento mais intenso. Desaguando carvão fino a 0,5 mm Desta forma, é mais correto, em vez de se distinguirem as pe- A B C ft 1 x 0" neiras em vibratórias "horizontais e inclinadas", distinguí-las em 3 60 46 42 37 35 30 27 22 peneiras de movimento circular e retilíneo. 4 90 65 59 52 49 42 38 32 Portanto, a explicação dada acima a respeito do excelente de- 5 110 83 76 67 63 54 50 40 6 140 102 93 83 77 66 60 49 saguamento feito pelas peneiras "low head" fica meio simplória quan- 7 160 120 110 97 91 78 71 58 do se consideram as peneiras mais modernas com mais 8 190 139 127 113 105 90 82 67 elevadas e inclinações diferentes da horizontal. No volume terceiro Desaguando carvão fino a 1 mm desta série, discutindo efeito da umidade sobre peneiramento, A B C foi apresentada a figura 13, p. 546. Dele verifica-se que peneira- ft 1 x 0" 5/16 3/16 mento é possível até umidades da ordem de 4 a ou seja com 3 120 49 45 40 37 31 30 25 4 170 68 63 56 52 45 42 35 material relativamente seco, e acima de ou seja, já com polpas. 5 220 88 81 72 67 58 54 45 Nesta faixa, que é a faixa em que trabalham as peneiras desaguado- 6 270 107 99 86 83 72 66 55 ras, a água presente entre as partículas faz com que leito fique 7 320 127 117 104 97 85 78 65 8 370 145 135 120 113 97 90 75 20 21TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 coeso, as partículas ficam aderidas umas às outras e se movem em bloco sobre a tela, não tendo liberdade individual de movimento. A agitação faz com que a água presente nos vazios entre as partículas escorra, mas não permite que partículas individuais se movam e se apresentem à tela para serem ou não peneiradas. É claro que partí- culas muito finas que estão em suspensão homogênea na água aca- bam passando pela tela, bem como uma ou outra partícula fina que esteja por baixo do leito. Mas tratam-se de casos erráticos ou espo- rádicos e não de peneiramento propriamente dito. Por isto é que é possível desaguar em telas de abertura muito maior que o tamanho das partículas presentes no leito, como mostra a tabela 6. Acima de de umidade, as partículas estão em suspensão na água, isto é trata-se de uma polpa e as partículas voltam a ter liberdade de com- portamento individual. A figura 14 mostra uma peneira Velco operando no desagua- mento de areia. Nesta peneira, a elevação da descarga, como visto, dificulta movimento do oversize. Desta forma, ele se acumula jun- to ao ponto de descarga e aumenta a espessura do leito ali. Como consequência, a inclinação do leito de oversize é ainda maior que a da tela e a água escorre para trás. O resultado é que parte da água transborda pela parte traseira da peneira, aumentando efeito de desaguamento, como mostra a figura 15 Peneiras estacionárias As peneiras DSM ("sieve bends"), figura 16, são extensamente utilizadas no desaguamento de minérios e de carvão. O modelo usa- do para esta aplicação é de arco de 45°. Seu desempenho com pol- pas diluídas é muito bom. A tabela 7 (10) mostra resultados de seu trabalho com carvão em duas condições diferentes. É muito comum a utilização de peneiras estacionárias com o deck reto em vez de curvado, como nas peneiras DSM. Os partidá- rios desta opção afirmam que desgaste da tela é menor que no caso das peneiras curvas (8). A tabela 8, extraída de (8) mostra ca- pacidades para telas inclinadas de 60° e recebendo polpas de car- vão com 25% de sólidos. A peneira DSM é um equipamento de peneiramento (não de classificação) e é eficiente nas faixas finas. Devido ao dese- nho da curvatura da sua tela e das barras da tela, ela efetua Figura 14 Peneira Velco um corte granulométrico de tamanho aproximadamente meta- de da abertura da tela. Esta consideração deve ser feita ao es- colher a tela para efetuar desaguamento, pois da mesma for- 22 23TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 Tabela 7: Capacidade de desaguamento de peneiras DSM em duas condições diferentes Condição 1: alimentação = carvão 3/8x0", peneira de 60°, tela de 0,7 mm, capacidade 112,5 de largura. Separação a 0,3 mm. Alimentação, % Oversize, % % sólidos 30,0 5,6 Partição Alimentação: +18# 62.7 18x30# 17,0 19,1 30x70# 7.0 7.9 traços 70x100# 6.3 8.3 100x200# 1.8 26,7 200#x0 9,0 2.2 65,0 Condição 2: alimentação = carvão 1/4x0", peneira de 60°, tela de 0,5 mm, capacidade 75 de largura. Separação a 0,212 mm. Alimentação, % Oversize, % Undersize,% % sólidos 37,7 - Partição 100,0 62,7 Alimentação: +8# 3.0 5,2 8x18# 18.3 30,0 18x30# 25,1 35,4 9,6 30x50# 16,2 13,8 50x100# 11,6 6,0 18.7 100#x0 25,8 9,6 49,8 ma que com o cone desaguador, sempre haverá alguma perda de sólidos finos no undersize. Peneiras Derrick Trata-se de um equipamento de projeto especial, pouco CO- no Brasil. São peneiras vibratórias longas e de grande in- clinação. A tela é de elastômero especial e a abertura é ajustada pelo tracionamento que lhe é imposto. Com a a tela tam- Figura 15 - Peneira Velco bém vibra e os lábios da abertura se movimentam, de modo que a tela dificilmente entope. O peneiramento pode ser a vácuo ou atmosférico, conforme a granulometria do material a ser desaguado. O resultado é muito bom. 24 25TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS - VOLUME 2 Capacidade Larguras Faixa de USGPM/ft padrao aplicação Alimentação Aplicações MODELO de largura M W típicas Barras Desaguamento, penelramento 30-200 2,4,6 8-65 tratamento de águas Oversize efluentes de indústrias alimentícias 50° Fosfatos, potássio, sulfato de 30-150 2,4,6 8-48 desaguamento de Undersize cereais, frutas e vegetais, alumina Retentor de Tela 60° Alimentador/Distribuidor Minérios de ferro e 30-200 4 8-48 cobre, areia, cimento Caixa de Alimentação Entrada Lavagem de fibras de 120° amido, recuperação de fibras, óleo de prensagem -200 2,4,6 100-325 de grãos, fibras vegetais, fibras de papel, Vertedouro peneiramento, desaguamento de cristais 270° -200 1/2 100%-325# Polpas de cimento a 65% de sólidos Tela 300° Separação de mosto. açúcar demerara e garapa, fibras de amido, 200 213 48-325 remoção de fibras em tratamento de esgotos RAPIFINE Taconita a cerca de 0-100 2 48-325 95% 325# Descarga do Descarga do Undersize Oversize Figura 16 - Seleção de peneiras DSM (apud 11) Figura 16 (Continuação) Seleção de Peneiras DSM (apud 11) 26 27TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 Tabela 8: Capacidade de remoção de água (USGPM) de telas Existem vários recursos para facilitar a remoção da água perco- planas lada: paredes porosas, fundo plano com morto de granulometria gros- seira, fundos em cone invertido, cheios de material grosseiro, etc. Largura da tela TELA A figura 18 mostra a tremonha dum silo desaguador utilizado (ft) 2mm 10# 14# 1 mm 0,75mm 28# 0,5mm 48# 0,25mm 65# 100# num porto de areia da Holanda. Ele é construído em aço carbono, 21/2 340 315 270 250 210 180 165 110 100 75 55 com a tremonha em aço galvanizado. Na tremonha existem rasgos 4 425 395 340 315 265 225 205 140 125 95 70 alongados, revestidos de tela e descarregando em meias-canas que recolhem a água drenada e a levam para uma panela, de onde ela é 5 460 425 365 340 28,5 245 220 150 135 100 75 conduzida para seu local de destino. O processo de desaguamento é muito rápido (trata-se de areia Pilhas desaguadoras para construção civil, totalmente isenta de finos) e a água jorra abun- dantemente desde os primeiros instantes. As pilhas desaguadoras são pilhas como as outras, exceto que são construídas sobre uma base impermeável, inclinada, que dirige as águas drenadas para um local conveniente. Esta base é coberta com um lastro do próprio material a ser desaguado, de granulometria gros- seira, para assegurar a permeabilidade e não contaminar a carga. As pilhas são eficientes quando material a drenar é relativamente gros- seiro e isento de finos que possam colmatar os poros entre as partículas e impedir a percolação da água. A retomada deve ser iniciada pelas porções superiores, sempre melhor drenadas. Ver figura 17. Geralmente são usadas 3 pilhas: uma está sendo construída, a outra está pronta e sendo desaguada. A terceira está desaguada e sendo retomada. Figura 18 Silo desaguador Figura 17 Pilha desaguadora Custos para desaguar carvão (Bulk Systems, abril 79, p. 45) Granulometria Equipamento US$/t seca Silos desaguadores peneira + 0,12 0,5 + 0,25 mm O material a ser desaguado nestes equipamentos tem as mes- ciclone + 11,35 0,25 mm mas limitações do material passível do desaguamento em pilhas, ou pelletizer (coal-oil) 11,00 seja, granulometria grosseira (na prática, + 48# = 0,3 mm) e ausência qualquer secagem 25,00 de finos. O funcionamento é análogo. 28 29TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 Tabela 8: Capacidade de remoção de água (USGPM) de telas Existem vários recursos para facilitar a remoção da água perco- planas lada: paredes porosas, fundo plano com morto de granulometria gros- seira, fundos em cone invertido, cheios de material grosseiro, etc. Largura da tela TELA A figura 18 mostra a tremonha dum silo desaguador utilizado (ft) 2mm 10# 14# 1 mm 0,75mm 28# 0,5mm 48# 0,25mm 65# 100# num porto de areia da Holanda. Ele é construído em aço carbono, 21/2 340 315 270 250 210 180 165 110 100 75 55 com a tremonha em aço galvanizado. Na tremonha existem rasgos 4 425 395 340 315 265 225 205 140 125 95 70 alongados, revestidos de tela e descarregando em meias-canas que 5 460 425 365 recolhem a água drenada e a levam para uma panela, de onde ela é 340 28,5 245 220 150 135 100 75 conduzida para o seu local de destino. O processo de desaguamento é muito rápido (trata-se de areia Pilhas desaguadoras para construção civil, totalmente isenta de finos) e a água jorra abun- dantemente desde os primeiros instantes. As pilhas desaguadoras são pilhas como as outras, exceto que são construídas sobre uma base impermeável, inclinada, que dirige as águas drenadas para um local conveniente. Esta base é coberta com um lastro do próprio material a ser desaguado, de granulometria gros- seira, para assegurar a permeabilidade e não contaminar a carga. As pilhas são eficientes quando material a drenar é relativamente gros- seiro e isento de finos que possam colmatar os poros entre as partículas e impedir a percolação da água. A retomada deve ser iniciada pelas porções superiores, sempre melhor drenadas. Ver figura 17. Geralmente são usadas 3 pilhas: uma está sendo construída, a outra está pronta e sendo desaguada. A terceira está desaguada e sendo retomada. Figura 18 Silo desaguador Figura 17 Pilha desaguadora Custos para desaguar carvão (Bulk Systems, abril 79, p. 45) Granulometria Equipamento US$/t seca Silos desaguadores + mm peneira + centrifuga 0,12 O material a ser desaguado nestes equipamentos tem as mes- 0,5 + 0,25 mm ciclone + centrifuga 11,35 mas limitações do material passível do desaguamento em pilhas, ou 0,25 mm pelletizer (coal-oil) 11,00 seja, granulometria grosseira (na prática, + 48# = 0,3 mm) e ausência qualquer secagem de finos. O funcionamento é análogo. 28 29TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 Exercícios sobre desaguamento C escolha do apex: 1 Desaguar 90,7 t/h de sólidos em ciclones 90,7 t/h = 100 st/h. desaguadores, até 65% de sólidos. A polpa de ali- 0,907 t mentação tem 10% de sólidos. Estabelecer ba- lanço de água. Escolher 0 apex. Densidade dos Como são 2 ciclones: 50 (st/h) /apex. sólidos = 2,65. Da figura 4 deste capítulo, entrando com 50 st/h e subindo até a linha de 65% de sólidos, encontramos apex de 31/6", que é o apex Solução: escolhido. a resolver os balanços da operação: Alimentação Overflow 90,7 907,0 0 767,5 Ciclone 10 816,3 0 767,5 34,2 850,5 0 767,5 V Underflow t/h sólidos 90,7 139,5 t/h polpa % sólidos 65 48,8 água sólidos 34,2 83,0 polpa 50 st/h Admitiu-se, para efeito de cálculo, que todos os sólidos saiam pelo underflow, o que é uma simplificação e não ocorre na prática. Entretanto, estamos trabalhando a favor da segurança. b escolha do ciclone: usaremos os ábacos da Krebs, apresenta- 2 Um ciclone de 6" tem apex de Ele desagua dos no capítulo sobre classificação. 7 t/h de sólidos. Qual é a porcentagem de sólidos 850,5 usgpm. obtida no underflow? Da figura II, volume 1, p. 218, podemos utilizar 2 ciclones de 30", 2 ciclones de 26", 4 ciclones de 20" ou 8 ciclones de 15". Escolhe- mos os 2 de 30"; das curvas de capacidade dos ciclones, verificamos Solução: que, com vortex finder de 10", a pressão necessária para a vazão será de 7 psi. Tentando então o ciclone de para vortex finder de O enunciado não menciona a densidade dos sólidos. Admiti- 12", a pressão necessária para a vazão será de 8,5 psi. Considerando mos, para efeito de resolução do exercício, que ela seja 2,65. agora 4 ciclones de 20", com vortex finder de pressão fica em Para poder utilizar o ábaco da figura 4, temos que acertar a 6,8 psi. A melhor operação parece ser a dos dois ciclones de unidade: 7 t/h = 7,7 st/h. Com as figuras VI e VII, calculamos o que é de 59,6 um. Entrando na figura 4, temos: Partículas menores que este tamanho sairão, portanto, pelo overflow. 68% de sólidos no underflow (interpolando). 30 31TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 Solução: Todos os cálculos têm que ser refeitos. O valor da vazão de sólidos no apex com que entraremos agora na figura 4 é: 5 O que acontece com 0 balanço de água do exer- cício 1 quando 0 apex se desgastar em 1/3 "? 1" Solução: 7,7 st/h 1" 1" = 6 + 6 2 = 6 = 3 Se 0 apex do ciclone do exercício anterior se Com 50 st/h, da figura 4 resultam 58% de sólidos. O balanço desgastar em 1/2" que acontece com a porcen- fica como: tagem de sólidos obtida no underflow? Alimentação Overflow Solução: 90,7 907,0 0 767,6 Ciclone O diâmetro do apex passa a ser de 10 816,3 0 767,6 Na figura 4, tenho: 34,2 850,5 0 767,6 59% de sólidos no underflow (interpolando). V Underflow t/h sólidos 90,7 156,4 t/h polpa % sólidos 58 65,7 água sólidos 34,2 99,9 polpa Mudaram, portanto, as bandeiras do overflow e do 6- Desaguar a 65% de sólidos seguinte material: polpa a 56,5% de sólidos, densidade = 3,0 7,7 st/h pressão de alimentação = 9 psi. O equipamento disponível é uma bateria de 10 4- O que acontece se a estimativa da densidade ciclones de 20" dos quais operam apenas 8 (2 são do minério adotada no exercício 2 estiver errada reserva). A vazão de polpa é de 8208 usgpm e a e a densidade verdadeira for de 4,2? partição é de 66,7% (1). 33 32TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 Solução: Da tabela 1 sabemos que a % de sólidos no overflow deve ser de Como apenas 8 ciclones operam, a vazão por ciclone é de 18 %, valor usado no balanço acima e que a capacidade unitária é de 8208/8 = 1026 usgpm por ciclone. 0,115 Da figura 5 encontramos a correção da densidade, 1,6, e da tabela 4, como circuito é aberto, usamos o fator 4. Desta forma: Vamos transformar % de sólidos em peso para % de sólidos em volume: 0,115 200 X t/h sólidos 56,5 100,0 t/h de polpa Da tabela 2 escolhemos modelo 150 e nesta coluna encontra- % sólidos em massa 56,5 43,5 de água mos classificador de 72", FF com área imediatamente superior. densidade do sólido 3,0 30,2 % sólidos em volume Passamos então a verificar a capacidade de arraste do underflow. de sólidos 18,8 62,3 de polpa A tabela 3 nos informa que a capacidade de arraste da espiral de 72" é de 27,8 (t/h) / rpm e que esta espiral opera entre 2,1 e 5,3 1026 usgpm/ciclone = 233,2 rpm. O fator de correção de densidade é 1,6 (figura 5), de modo que: 30,2% disso são 70,4 sólidos h) ciclone. 200 Sendo a densidade dos sólidos = 3, a vazão mássica de sólidos rpm necessárias = 4,5 rpm. na alimentação dos ciclones é de 211,3 (t sólidos/h)/ciclone. Sendo a partição 0,667, a vazão mássica de sólidos no under- O equipamento especificado é então um classificador espiral flow dos ciclones é de 140,9 (t sólidos/h)/apex 155,4(sht/h)/ape de 72", modelo 150, FF, SP, girando a 4,5 rpm. Vamos agora escolher apex. Como a figura 4 é construída para material de densidade 2,65, é necessário entrar nela com va- 8 Calcular mesmo classificador para operar lor equivalente: em regime de corrente a de sólidos. 2,65 155,4 X = 137,3 sht/h 3 Inicialmente calculamos novo balanço: A figura 4, com este valor, indica O apex de 400,0 2266,7 17,7 1866,7 7 Um classificador espiral recebe 400 t/h de ali- 200,0 266,7 mentação. A partição é de 50 % O minério tem densidade 4,5 e deve ser classificado em 150#. 75 66,7 Escolher 0 classificador espiral para fazer este ser- V viço em regime de classificação. 200,0 2000,0 Inicialmente calculamos os balanços: 10 1800,0 t/h sólidos 400,0 1377,8 t/h polpa densidade 4,5 1,08 densidade da polpa % sólidos 29,0 977,8 t/h água volume de sólidos 44,4 1844,4 vazão de polpa Passamos agora a calcular a velocidade de sedimentação da 200,0 266,7 partícula de 150# numa polpa de de sólidos. Da figura 11, 75 66,7 para partículas de densidade 2,65, esta velocidade é 1 ft/min = 0,3048 200,0 1111,1 m/min = 18,3 m/h. 18 911,1 Para uma polpa de minério de densidade 2,65 a de sóli- dos a densidade de polpa seria a seguinte: 34 35TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 200.0 2000,0 Da tabela 1, temos: 200 # 15% sólidos, 10 1800,0 0,075 (t/h)/ft2. b balanços: densidade 2,65 1,07 densidade da polpa Alimentação Overflow volume de sólidos 75,5 1875,5 vazão de polpa 200 541,6 Class. 50 333,3 36,9 341,6 Espiral 15 283,3 A correção da densidade é a seguinte: 66,7 408,3 16,7 300,0 correção = = 2,16. 2,65 1,07 V A velocidade de sedimentação é, então: Underflow A área necessária será 1844,4/39,6 = = t/h sólidos 150 208,3 t/h polpa Da tabela 2 escolhemos o modelo 150 verificamos que não existe % sólidos 72 58,3 água nenhum equipamento com tal capacidade. Énecessário utilizar um clas- sólidos 50 108,3 sificador duplex, de modo que entraremos com a área de En- polpa contramos classificador de 66", FF com área imediatamente superior. Passamos então a verificar a capacidade de arraste do C dimensionamento pela capacidade de transbordo de A tabela 3 nos informa que a capacidade de arraste da espiral overflow: de 66" é de 20,3 / rpm e que esta espiral opera entre 2,3 e 6 rpm. O fator de correção de densidade é 1,6 (figura 5) e temos duas figura 5: fator de correção da capacidade = 1,1 espirais, de modo que: 200 e circuito aberto tabela fator 4 rpm necessárias = = 3,1 rpm. área necessária = O equipamento especificado é então um classificador espiral 0,075 duplex de 66", modelo 150, FF, SP, girando a 3,1 rpm. = 200 # exige um modelo 150 (150% de imersão). A inclina- 9- Queremos CLASSIFICAR 200 t/h de miné- ção recomendada é de 3 1/4" /ft. Da tabela 2, o modelo adequado é rio de densidade 3,0 em classificador espiral, a FF. 200#. O underflow sai com 72% de sólidos. Qual classificador adequado? Qual a diluição da ali- e verificação da capacidade de arraste de underflow: nós sa- mentação? A partição é de bemos que o classificador de 54", FF tem capacidade para transbor- dar as 50 t/h de overflow. Nada sabemos, entretanto, da sua capaci- Solução: dade de arrastar calha acima as 150 t/h de underflow. Vamos verifi- car se ele tem esta capacidade. Existem dois regimes de classificação em que o classificador A tabela 3 indica que uma rosca de 54" arrasta 10,5 t/h a cada espiral pode operar. Vamos dimensioná-lo pelos dois regimes. rpm. Informa também que os limites operacionais são 2,9 e 7 rpm. REGIME DE CLASSIFICAÇÃO rotação necessária = = 13 rpm. a condições de operação: 36 37TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 Como este valor é maior que 7, teremos que usar rosca dupla. e a velocidade terminal fica A secção necessária 150 t / h rotação necessária = 6,5 rpm. 10,5 (t/h)/rpm X 2 roscas 1,1 Da tabela 2: modelo 150, 323 78", FF, simplex Este valor está dentro da faixa de utilização do equipamento. Precisamos agora verificar a capacidade de arraste do under- Portanto, equipamento escolhido para classificar em regime de flow (tabela 3): classificação é um classificador de 54", FF, DP, operando a 6,5 rpm. 78" 31,5 (t/h)/rpm, 2 rpm t/h / (31,5 (t/h)/rpmx1,1) = 4,4 rpm. REGIME DE CORRENTE (1,1 é fator de correção da densidade figura 5) Portanto, equipamento escolhido para classificar em regime de Para este dimensionamento precisamos saber a velocidade de corrente é um classificador simplex de 78", FF, SP, operando a 4,4 rpm. sedimentação da partícula de a vazão volumétrica do overflow e a sua densidade. 10 Deseja-se desaguar uma polpa a 10% de sólidos A vazão volumétrica de polpa foi calculada no balanço e é de contendo 90,7 t/h de sólidos de densidade em um 300 classificador espiral. O underflow sara 65%. Pede-se: densidade de polpa = 333,3 t/h / 300,0 = 1.11 os balanços de massas e de água, A polpa do minério de referência (p = 2,65) teria: a especificação do classificador. t/h sólidos 50,0 333,3 t/h de polpa Solução: % sólidos em massa 15 283,3 de água densidade do sólido 2,65 1,1 densidade da polpa Admitindo um desaguamento perfeito, pois O enunciado não de sólidos 18,9 302,7 de polpa fornece a partição dos sólidos, temos: velocidade de sedimentação: a figura 11 nos dá: Alimentação Overflow 90,7 907,0 Classifi- 0 767,5 10 816,3 cador 0 767,5 25,9 842,2 0 767,5 V Underflow 20° C t/h sólidos 90,7 139,5 200# t/h polpa d = 2,65 % sólidos 65 48,8 água sólidos 25,9 74,7 polpa 0,45 ft/min = 200#, 15% sólidos V = cm/min Da figura temos que para a densidade 3,5, os valores das correção da densidade = = tabelas 2 e 3 devem ser multiplicados por 1,25 (125%). Ou então, deveremos entrar na tabela com 90,7 / 1,25 = 72,6 t/ h. 2,65 - 1,10 38 39TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 Verificando as capacidades de arraste e as rpm admissíveis O balanço fica: para as espirais de diferentes diâmetros (tabela 2), construímos: Alimentação Overflow modelo 36 42 48 54 60 66 72 90,7 907,0 6 767,7 rpm admiss. 4-11 3.5-9 2,9-7 2,6-6,5 2,3-6 Ciclone 10 816,3 0,8 770,7 t/h/rpm 4.8 8.7 17.3 20,3 27.8 25,9 842,2 1,7 772,4 rpm 20,7 8,3 6,9 4,2 3,6 2,6 necessárias V c/DP 10.4 4,2 3,5 2.1 Underflow t/h sólidos 84,7 130,3 t/h polpa Os valores em negrito indicam as rotações mais adequadas % sólidos 65 45,6 água para single pitch e para double pitch. As melhores soluções são 42" DP e 60" SP sólidos 24,2 69.8 polpa 11 A operação descrita no exercício anterior, na Verificando agora a capacidade de arraste do underflow: realidade não é perfeita. Há uma perda 6 t/h de material pelo overflow. Estas perdas têm 24" 1,0(t/h)/rpm 150#. Quais são as condições r eais que são de se valor que está totalmente fora da faixa adequada à operação do equi- esperar para essa operação ? pamento escolhido. O critério de escolha tem que ser o arraste do UF e com isto voltamos as soluções obtidas no exercício 8 Solução: 12 Desaguar 91 t/h de sólidos finos, densidade Das tabelas de dimensionamento de classificadores espiral temos: 4,5, num cone. Admitir corte na malha 200 e 10% de perdas no overflow. A alimentação tem 40% tabela 1: = 150# de sólidos no de sólidos e deseja-se que 0 underflow tenha 0.115 (t/h) / para d = 2.65. figura 5 : correção da densidade = Solução: tabela 4: fator = 4 91 6 área necessária de overflow = 40 9,1 227,5 10 Da tabela 2, trabalhando com a MÁXIMA INCLINAÇÃO e 156,7 91,0 150% DE SUBMERGÊNCIA DA ROSCA, chegamos a um classifica- dor de straigth flare. 83,9 Note que o valor da % de sólidos no overflow deste exercício, bem como a inclinação e também a não correspondem 81,9 t/h sólidos valores recomendados para a classificação, porque o que estamos 60 % sólidos fazendo aqui é desaguamento. t/h polpa 72,8 polpa 40 41TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 1,1m OF: densidade de polpa = volume massa = 91,0 83,7 = 1,09. Como material é fino, ân- gulo recomendado para cone é de A polpa do minério de referência (p = 2,65) teria: 40° (20° a partir da e, t/h sólidos % sólidos 10 tg ou t/h de polpa 91,0 de polpa h A densidade desta polpa é = 1,08. p = 4,5 correção = 13 Um rejeito de uma usina tem uma vazão de 336,4 de polpa, da qual 1,9 t/h são sólidos de densidade Para a economia do processo é A velocidade de sedimentação (V) é determinada na figura 11 necessário recuperar 211 de água. Imagina- se utilizar um cone, sabendo que a quantidade de sólidos abaixo de 270 # é muito pequena. Solução: 10% Adotamos 270 # como % sólidos = 1,9 200 = 0,55 Como pequena parte é 270 # podemos, sem grande erro, usar a linha de 0% de sólidos na figura 11. Então, 0% sólidos Q ft/min = = S = = 21,9 m/h D = = 42 43TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 Verificação da capacidade de transbordar overflow: A polpa do produto tem: 11,1 m/h 17,7 m/h t/h sólidos 80,0 96,0 t/h de polpa % sólidos em massa 16,0 de água densidade do sólido 1,6 20,0 umidade Polpas muito diluídas é uma aplicação típica de cones desagua- dores. Este mesmo procedimento de dimensionamento é usado para de sólidos 50,0 de polpa caixas de areia e outros dispositivos de classificação / Serão, portanto, removidos 120 16 = 104 de água. Na tabela 6, 3/8"x 0, tela de = 0,25 mm, verificamos que a pe- 14 Desaguar 80 t/h de carvão 3/8" X 0 em peneira neira com largura de 8 ft tem capacidade de desaguar 82 t/h de sólidos e vibratória horizontal, com tela de 0,5 mm. A ali- de retirar até 470 de água. Esta é portanto a peneira escolhida. mentação é uma polpa com 40% de sólidos e 0 pro- duto tem 20% de umidade. Admitir densidade 16 Desaguar 80 t/h de minério de ferro 3/8" X 0 em peneira vibratória horizontal, com tela de Solução: alimentação: 80 Solução: = 200 t/h polpa 0,4 80 t/h sólidos As capacidades apresentadas na tabela 6 são para carvão. Para outros materiais, é necessário multiplicá-los pela relação entre as respecti- = 120 t/h água vas densidades aparentes. Fica: 170 polpa densidade aparente da hematita = tabela 6: 3/8" X 0, tela de 0,5 mm a peneira com largura de 6 ft densidade aparente do carvão 0,8 tem capacidade de desaguar 83 t/h de sólidos e de retirar até 140 0,8 h de água. a peneira escolhida. Deveremos consultar os catálogos dos valor para entrar na tabela 6 X = 2.6 fabricantes de peneiras para escolher a peneira vibratória horizontal que tenha esta largura. tabela 6: 3/8" X 0, tela de 0,01" a peneira com largura de 3 ft tem 15 Desaguar 80 t/h de carvão 3/8" X 0 em peneira capacidade de desaguar 27 t/h de sólidos e 170 de água. É a vibratória horizontal, com tela de 0,01 A alimen- peneira escolhida. tação é uma polpa com 40% de sólidos e 0 produto tem 20% de umidade. Admitir densidade 1,6 17 Desaguar 5 t/h de sólidos em uma polpa de fosfato, a 13% de sólidos, em peneira DSM. Den- Solução: sidade 2,7 A polpa alimentada tem: Solução: t/h sólidos 80,0 200,0 t/h de polpa % sólidos em massa 40,0 120,0 Da figura 14 verificamos que o modelo recomendado é de de água 50°. Esta peneira tem capacidade entre 30 e 150 GPM/ft de largura densidade do sólido 1,6 da peneira. Adotamos, para efeito deste exercício, valor médio da de sólidos 50,0 170,0 de polpa faixa, 90 GPM. 44 45TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 A vazão de polpa é (5 t/h sólidos, 13% sólidos) 38,5 t/h polpa, ou, 20 450 t/h de uma polpa de carvão, a 50% de sólidos, em peneira fixa com tela de = 1,6 t/h sólidos t/h de polpa t/h sólidos 450,0 900,0 % sólidos em massa t/h de polpa 13,0 33,5 de água % sólidos em massa 50 450,0 densidade do sólido de água = 1980 USGPM 2,7 densidade do sólido 1.6 de sólidos 1,8 35,3 de polpa = 155,3 USGPM de sólidos 281,2 731,2 de polpa tabela 8: a peneira de 4 ft, com tela de 28# tem capacidade Adotamos uma peneira DSM de 2 ft de largura. para remover 225 USGPM; a de 5 ft de comprimento, 245. Resultari- am telas fixas de respectivamente, 8,8 ou 8,1 ft de largura. Adota- 18- Desaguar 50 t/h de pellet feed, de uma polpa a mos este último valor, arredondando para 8 ft (diferença de 1,2%). 20% de sólidos, em peneira DSM. Densidade = A tela fixa recomendada é de X 5 ft (ou duas de 4 5 ft), inclinadas de 60°. Solução: 21 Um espessador recebe 100 de 20% Da figura 14 verificamos que modelo recomendado é rapifine. desólidos. Ooverflow tem 2,63% de sólidos Esta peneira tem capacidade entre 30 e 100 GPM/ft de largura da penei- Estabelecer os balanços de massas e de água. ra. Adotamos, para efeito deste exercício, valor médio da faixa, 65 GPM. Isto pode ser feito pela aplicação da regra dos dois produtos. t/h sólidos 50.0 250 t/h de polpa Entretanto, se a aplicarmos diretamente às porcentagens de sólidos, % sólidos em massa 20 200 de água teremos a partição das polpas, pois a porcentagem de sólidos é um atributo da polpa e não dos sólidos*. É necessário fazer o balanço com- densidade do sólido 5,5 pleto e a partir dele calcular as vazões de sólidos. de sólidos 9,1 209,1 de polpa = 920 USGPM Calcule portanto a bandeirinha da alimentação e aplique a re- 920/65 = serão necessárias 7 peneiras rapifine (2 ft de largura) gra dos dois produtos à vazão de polpa encontrada, para calcular a vazão de polpa do underflow. 19- Desaguar 100 t/h de cassiterita (densidade % sólidos % sólidos alimentação overflow 3), de uma polpa a 20% de sólidos, em peneira = 0,24 massa % sólidos % sólidos DSM. A tela recomendada é de 35 underflow overflow t/h sólidos 100 500 t/h polpa Solução: % sólidos 20 400 t/h água Dafigura 14 verificamos que modelo recomendado é de Esta peneira tem capacidade entre 30 e 200 GPM /ft de largura da peneira. 10 380 Adotamos, para efeito deste exercício, o valor médio da faixa, 115 GPM. 370 t/h sólidos 100,0 500,0 t/h de polpa % sólidos em massa 20 400,0 de água 90 120 densidade do sólido 75 30 de sólidos 33,3 433,3 de polpa = 1906,5 USGPM Rodrigues Silva, R.R. Comunicação pessoal, Águas Claras, 27/7/2001 1905,5/115 16.6 ft serão necessárias 3 peneiras de 6ft de largura. 47 46TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 22 - Um ciclone desaguador recebe 100 t/h de ali- mentação a de sólidos. O underflow tem 70 % de sólidos e overflow, Qual é a perda de massa ? Identicamente: Espessamento 2 10 70 R = X = 0,7 = Portanto perde-se massa 70 - 10 25 Arthur Pinto Chaves Referencias Bibliográficas Antonio Heleno de Oliveira Ricardo A. C. Cordeiro 1 - TARR JR., D.I. Hydrocyclones. In: SME mineral processing handbook. Ricardo Chiappa Weiss (ed.), AIME, N. York, 1985, p. 3D-10-30. Eldon Azevedo Masini 2 - ANDERY, CHAVES, A.P; F.V. Ensaios industriais José Fernando Ganime de classificação de minério de ferro. Minérios e metais, ano III, Rogério Contato Guimarães n. 7 (Out. 73), p. 23-30. Cláudio Fernandes 3 - PAULO ABIB ENGENHARIA S.A. Britagem, classificação e concentração do minério de ferro de Capanema. Relatório do projeto. São Paulo, 1978. 4 - DENVER CO. Spiral classifiers. Denver Equipment Co. Specification Manual C5C-B10, Denver, s/d. 5 WEMCO ENVIROTECH. Wemco sand preparation. Bulletin nr. C4- B30, Wemco Envirotech, Sacramento, s/d. 6 -ABBOTT, J. et al. Coal preparation plant effluent disposal by means of deep cone thickeners. In: INTERNATIONAL COAL PREPARATION CONGRESS, 6. Annals. Paris, 1978. 8p. (se- parata). 7 - KEANE, J.M. Sedimentation: theory, equipment and methods. World Mining, Nov 1979, p. 4451, Dec. 1979, p. 48-53. 8 - SANDY, E.J.; MAIHUNEY, J.P. Mechanical dewatering. In Coal Preparation. Leonard (ed.), AME, N. York, 1979, ch. 12. 9 - MC NALLY Coal preparation manual. Mc Nally, Pittsburgh, s.n.e., p. 5. 10 FAÇO. Manual de Britagem. Fábrica de Aço Paulista, Sorocaba, 3$ ed. 1982. 11 - DORR OLIVER. Catálogo de peneiras DSM. Dorr Oliver Inc., Bulletin nr. DSMA, Stamford, s/d. 48ESPESSAMENTO ambiental é permitir a recuperação e recirculação imediata de toda Descrição do ou pelo menos de parte da água de processo. Em casos especiais na cianetação de minérios de ouro em CCD ("counter current decant"), na lixiviação de minérios de cobre e de urânio e na indústria de alu- Equipamento mina os espessadores são utilizados como reatores químicos: eles retêm o minério durante o tempo necessário para que as reações químicas ocorram e separam a fase sólida da solução. Arthur Pinto Chaves Antonio Heleno de Oliveira Ricardo A. C. Cordeiro Calha do overflow Ricardo Chiappa OF Rake Os espessadores são equipamentos como mostrado na figura 1, grandes, caros e que geralmente ficam instalados fora da usina. Tubos de alimentação Acionamento Eles são constituídos de um tanque cilíndrico-cônico (a altura da porção cilíndrica é pequena quando comparada com o seu diâme- Descarga de tro e cone é raso inclinação do fundo = 12:1). São alimentados pelo espuma centro: as partículas sólidas sedimentam e são retiradas pelo fundo, no ápice da porção cônica ("underflow"), enquanto que o líquido so- transborda e é recolhido em uma calha que circunda Escumadeira Anel de tanque ("overflow"). A calha pode ser interna ou externa ao tanque. contenção da espuma Os espessadores são construídos em aço ou em concreto ar- Vertedouro mado. Eventualmente, utiliza-se argila compactada para construir fundo do espessador. Em princípio, aço é mais econômico que con- creto para pequenos diâmetros, a situação se invertendo à medida que o diâmetro cresce. Espessadores para concentrados de flotação geralmente tem al- gum dispositivo para conter a espuma mais persistente e impedir que Acionamento Passadiço ela extravase pela calha de overflow. Por exemplo, um anel de chapa de Saja Feedweel aço, espaçado de alguns metros do feedwell, ou então esguichos de OF água, conforme será descrito mais adiante. A figura 1 mostra uma escu- madeira que empurra a espuma para um dispositivo de descarga. Descarga de espuma Podem receber polpas bastante diluídas (5 a 10% de sólidos) ou Rake Opções de descarga do mais adensadas e desaguam-nas até 65 ou 75% de sólidos. Este valor não underflow depende da capacidade do espessador adensar, mas é definido a partir da capaci- Figura 1 Espessador (adaptado do catálogo da EIMCO) dade que as bombas de underflow tenham de manusear 0 material adensado. Sua função principal, portanto, é adensar material alimenta- do até um valor conveniente para a operação subseqüente (bombe- Nunca, entretanto, um espessador pode ser usado para estocar mate- amento, filtragem, condicionamento, etc). Outra função que se tor- rial em seu interior. Isto sempre levará a problemas operacionais e à parada na cada vez mais importante, em decorrência da crescente preocupação e limpeza inevitáveis, com perda de tempo, de material e de produção. 51 50TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 ESPESSAMENTO À guisa de exemplo da importância desta recomendação, va- mos avaliar os prejuízos decorrentes de um aterramento de espessa- dor causado, por exemplo, pela "esperteza" de um operador que resolveu utilizar espessador para estocar concentrado. Seja uma usina que produz 150 t/h e um espessador de 100 ft de diâmetro: Acionamento tempo gasto para esvaziar o espessador: 8 horas tempo gasto para limpeza do fundo: 20 horas tempo gasto para reencher o espessador: 4 horas TEMPO TOTAL DE PARALISAÇÃO: 32 horas. Cabo de -perda de produção = 150 t / 32 = 4.800 t de concentra- Controle de arraste do. acionamento com MÃO-DE-OBRA DESPENDIDA: (1 supervisor + 4 operado- indicação de torque res por turno) 160 homens X hora. Se admitirmos um salário médio para esta equipe de 4,00 US$/ hora e encargos sociais de 100%, custo de mão-de-obra para a re- moção do material acumulado dentro do espessador monta a US$ Alimentação Braço de 1.280,00. arraste Posição elevada do rake Já a perda de produção da usina, parada durante as 32 horas, é mais significativa: admitindo um valor de 26,00 US$/t de concen- Coluna trado, teremos 32 h X 150 t/h X 26,00 US$/t = US$ 124.800,00. O prejuízo total é, portanto, de US$ 126.080,00. Rodinha Acidentes deste tipo, infelizmente, acontecem com bastante Cabo de arraste Rake Sabemos de casos em que foi necessário colocar, medi- ante uso de guindastes, retro-escavadeiras e pás-carregadeiras dentro do espessador para executar este serviço. Sabemos de outro caso onde foi necessário utilizar explosivo para remover pellet feed Figura 2 acumulado no fundo do espessador. Em um terceiro, antes de es- pessador atolar, a operação da usina foi parada e foi trazido um A soma de todos estes efeitos contribui para aumentar a por- mergulhador para vasculhar fundo e retirar as peças caídas lá den- centagem de sólidos com que underflow é retirado e também para tro e que estavam ameaçando a operação do espessador. facilitar a sua operação. No fundo do tanque, gira lentamente um rastelo ("rake" fi- Todos os espessadores dispõem de um passadiço para permi- gura 2), que tem a função óbvia de arrastar material espessado tir acesso ao mecanismo central de acionamento. Este passadiço para O centro, de onde ele é retirado pelas bombas de underflow. serve também de suporte para a tubulação que traz a alimentação, Além desta função, ele desempenha as seguintes: para os eletrodutos etc. aumentar a densidade do espessado, A alimentação chega através de uma tubulação ao centro do desprender bolhas de an e bolsas d'água porventura presas espessador. Aí existe uma peça ("feedwell") figura 3 - que é um no espessado, dispositivo que divide o fluxo de polpa alimentada em diversos flu- arrumar as partículas sólidas umas sobre as outras, de modo de direções opostas, de modo que a velocidade e a turbulência a ocupar mínimo volume, são quebradas (a energia cinética é dissipada) e a alimentação entra manter os sólidos depositados em suspensão, evitando mansamente no espessador, permitindo a sedimentação serena das aterramento do espessador. partículas. 52 53TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 ESPESSAMENTO sional ou se é um início de aterramento. Neste último caso, as provi- Alimentação dências necessárias - até mesmo parar a operação da usina, se for caso devem ser tomadas para evitar a situação crítica e totalmente inde- Adição de sejável de aterramento do espessador. floculante Nunca se deve fazer a descarga direta do underflow, como aliás já mencionava Taggart (2). Isto é muito importante, pois controle da vazão de underflow é um dos poucos recursos de que engenheiro de processos dispõe para operar espessador. Usualmente usam-se bombas de diafragma ou bombas centrífugas de polpa. As bombas de diafragma podem ser instaladas em qualquer posição, mesmo longe do ponto de descarga, eliminando a necessidade de um cômo- Figura 3 - Feedweel do debaixo do espessador para abrigar as bombas O overflow transborda sobre um vertedouro feito em chapa de aço, com a parte superior serrilhada. Este vertedouro acompa- A alimentação é usualmente feita por gravidade, através de nha a borda superior da porção cilíndrica do espessador e a calha calhas ou tubos. Geralmente, uma velocidade de polpa entre 2,5 a pode tanto ser instalada interiormente como exteriormente a ele. Ele 3,0 m/s é suficiente para manter a alimentação em suspensão e para tem a forma serrilhada para poder oferecer uma certa proteção con- não causar problemas de turbulência no feedwell. Inclinações de 1 a tra o vento. Outra função é acomodar pequenos desníveis (devidos, 1,5% são suficientes para fornecer esta velocidade (1). por exemplo, à acomodação do terreno) e ainda, a de permitir uma Com espessadores de diâmetros maiores, as forças resistentes medida da vazão de overflow (diretamente proporcional à altura da ao movimento do rake podem atingir valores significativos. O mes- descarga do overflow no dente em V). mo pode acontecer quando se trabalha com concentrados de densi- O overflow flui por uma calha que circunda O tanque do es- dade elevada ou quando há depósitos localizados dentro do espes- pessador e é encaminhado até um tanque de acumulação de onde é sador, quando a alimentação traz instantaneamente partículas mais bombeado. Muito freqüentemente, é possível utilizar bombas de água grosseiras, ou quando cai dentro do espessador alguma ferramenta para este serviço, pois a separação sólido-líquido pode ser tão boa, ou objeto mais volumoso. Estas forças podem ser grandes sufici- que a quantidade de sólidos residuais é mínima. Entretanto, há sem- ente para entortar rake ou torcer eixo de acionamento. Para pre- pre risco de uma falha operacional levar sólidos ao overflow e a venir esse tipo de acidente, O mecanismo de acionamento é dotado decisão entre economizar instalando bombas de água em vez de de um torquímetro, ligado a um sistema automático de proteção: bombas de polpa deve ser avaliada Solução inter- verificado algum valor mais alto do que especificado, soa um alar- mediária pode ser a instalação de bombas de água feitas em materi- me na cabine de controle e automaticamente é acionado um disposi- al resistente ao desgaste (Ni-hard, por exemplo). tivo que levanta os braços do rake até encontrar uma posição de É bom lembrar que bombas revestidas de borracha não são reco- menor resistência. A partir desta nova situação, e sem parar movi- mendáveis para modelos com rotor de grande diâmetro (vazões mais mento, rake começa a ser abaixado lentamente. elevadas), pois há sempre risco de revestimento descolar-se do rotor. Existem diferentes dispositivos para O levantamento do rake: A importância da recirculação da água não pode ser minimizada. translação para cima, levantamento em torno de um ponto fixo, ou Ela pode trazer grandes reduções do custo operacional e do consumo de construir O rake arrastado por cabos, o que permite que ele "escale" energia elétrica, pois se evita parte do bombeamento de água desde a os obstáculos. captação. E comum um espessador de porte médio recuperar vazões Este é um aspecto crítico da prática operacional. Quando se superiores a 300 O que pode tornar-se uma economia considerável nota uma situação em que mecanismo de elevação do rake esteja dependendo da diferença de cotas. Deve-se ter em mente, entretanto, atuando constantemente, é importante um acompanhamento cui- que overflow do espessador tem características diferentes daquelas verificadas dadoso, para verificar se se trata apenas de um adensamento oca- na água industrial, por exemplo, produtos químicos em solução. Pode causar 54 55TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 ESPESSAMENTO interferências no processo de beneficiamento e, por isto, ponto onde ela Em torno do caisson é construída uma valeta, projetada de deve retornar ao circuito deve ser escolhido com cuidado. modo a encaminhar O underflow para as bombas. A construção é O feedwell, mecanismo de acionamento do rake, e o disposi- sempre em concreto armado e constroem-se equipamentos de tivo de elevação são instalados no centro do espessador. Para sus- metro até 180 m. tentá-los são utilizadas três configurações básicas (figura 4): Embora os operadores tenham, com justa razão, horror a em ponte: usada para espessadores de diâmetro inferior a 30 tubulações de polpa enterradas, algumas instalações utilizam tu- m. Os dispositivos mecânicos são instalados sobre uma viga (ou pon- bos de underflow instalados sobre o fundo do espessador e bom- te) apoiada sobre duas colunas externas ao espessador, ou, na maior bas instaladas num poço externo ao mesmo (em nível inferior ao parte das vezes, na própria estrutura do tanque. Como se tratam de do fundo do espessador; de modo a trabalharem sempre afoga- espessadores pequenos, é fácil suspendê-los acima do piso, que é das). Nestes casos, é de toda a conveniência instalar um ou mais feito com Nestes casos, se faz a retirada do underflow atra- tubos de reserva. vés de um orifício no ápice do espessador, por meio de bombas de em Águas Claras, tinha um espessador de rejeitos cons- diafragma. O material de construção mais comum é aço. truído nos anos 50 onde o underflow é succionado do fundo do es- em coluna: usada para espessadores com diâmetro superior a 25 pessador, através de tubos que a seguir passam pelo m. Os dispositivos mecânicos são instalados sobre uma coluna ou estru- Nos equipamentos descritos, o acionamento do rake é central, tura metálica, colocada no centro, e apoiada no fundo do espessador. feito por um eixo rígido para os espessadores de ponte e por uma Como se tratam de espessadores grandes, o uso de tubulações enterra- gaiola para os espessadores de torre ou caisson. Existem alternati- das e bombas de diafragma é inconveniente; usam-se neste caso bombas vas para O mecanismo de acionamento: centrifugas alojadas em um túnel construído debaixo do espessador e a rake é suspenso a partir de um braço mais elevado, por descarga é feita através de uma abertura anular em torno da coluna. A meio de cabos. O braço de acionamento é ligado rigidamente ao construção geralmente é em concreto, havendo casos em que fundo é mecanismo de movimentação, mas rake não, e desta maneira pode em terra batida, impermeabilizada com argila. elevar-se quando encontra alguma resistência ao seu movimento cir- em "caisson": usada quando há inconvenientes na construção cular; do túnel sob O espessador (topografia, problemas geotécnicos, proble- o movimento circular é dado por um mecanismo de tração mas de drenagem, custo de escavação etc.). Constrói-se, no centro do que caminha num monotrilho instalado sobre a borda do tanque e espessador, uma estrutura de concreto armado, de secção circular ou arrasta a ponta do rake. Desta forma, mecanismo central fica alivi- quadrada, do fundo até a superfície. No fundo desta construção são ado. Esta solução tende a tornar-se padrão para espessadores entre instaladas as bombas de underflow e no seu topo os mecanismos do 60 e 120 m de diâmetro. A elevação do rake passa a acontecer devido espessador. King (1) comenta que, em 1977, esta era em princípio a op- ao arraste do rake por sobre os obstáculos. ção mais interessante para espessadores maiores que 120 m. A parte mais cara do espessador é a máquina de acionamento do rake. Existem vários modelos: para pequenos espessadores, até 15 m de diâmetro usa-se um pinhão e um sem-fim rodando sobre uma coroa diretamente aco- plada ao eixo. em coluna em ponte modelos maiores, até 50 m, usam mecanismo análogo, du- túnel plo ou triplo, correndo dentro de uma coroa fixa. modelos ainda maiores exigem soluções mecanicamente mais complexas, como no caso dos caissons, ou de acionamento por pistões hidráulicos. em "caisson" Todos estes modelos são sempre equipados com torquímetros e dispositivos de proteção, elevadores manuais ou automáticos do Figura 4 Configurações básicas de espessador rake e indicadores da posição do mesmo. 56 57TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 Equipamentos semelhantes Mecanismos do Existem dois equipamentos muito semelhantes aos espessa- dores e que freqüentemente são confundidos com eles: clarificadores, usados em engenharia sanitária para o trata- Espessamento mento de água e na indústria química, quando se quer uma quali- dade muito boa para o líquido sobrenadante (na engenharia mine- ral que se deseja é adensamento do underflow. Apenas recente- mente, a partir de um cuidado ambiental maior é que passou a ha- Arthur Pinto Chaves ver a preocupação com a qualidade do overflow). São semelhantes Eldon Azevedo Masini em tudo a pequenos espessadores, exceto que a porção cilíndrica é mais longa e, como a quantidade de underflow a retirar é pequena e não importa se ele for diluído, bombeamento não requer cuidados Fundamentos especiais. Ou seja, a função primordial dos clarificadores é fornecer um overflow isento de sólidos, ao passo que a dos espessadores é A figura 5 mostra a de eventos que ocorre quando fornecer um underflow adensado. Muitas vezes, uso do rake é uma polpa típica é deixada sedimentar numa proveta. Depois de um desnecessário e este nem sequer existe. lapso de tempo, nota-se a formação de uma interface entre a polpa (1) hidroclassificadores, usados na classificação de materiais e a água clarificada sobrenadante (4). Esta interface move-se para bai- muito finos, como argilas. Neste equipamento há uma injeção de XO, de início muito rapidamente, depois mais lentamente, até estacio- água junto à descarga do underflow, de modo que se forma uma nar. No fundo da proveta pode ocorrer a formação de duas outras corrente ascendente, que elutria as partículas abaixo de um diâme- fases, uma de polpa muito densa (2) e outra suprajacente a esta, mais tro de corte pré-definido, descarregando-as na calha do overflow. diluída (3). Estas duas interfaces sobem, a mais densa crescendo e a As partículas mais grosseiras afundam e conseguem atravessar o suprajacente mantendo a sua espessura. Num dado momento (ver a fluxo ascendente de água, descarregando pelo underflow. Ou seja, figura 5a), as duas interfaces se confundem e resta uma única interfa- hidroclassificadores são elutriadores, nada tendo a ver com espes- ce, que segue a do movimento da interface com líquido sadores. clarificado. O ponto C é chamado de ponto crítico e é muito impor- tante para tratamento teórico, como se verá adiante. altura da interface A 4 4 4 4 B 1. 1 1 1 C 3 D 3 2 2 2 2 tc to tempo (a) (b) Figura 5 Ensaio de espessamento Esta descrição corresponde entretanto, a um caso particular, em que as partículas têm uma distribuição granulométrica restrita, pequena tendência à floculação e a polpa é densa. Quando a faixa de tamanhos de partículas é ampla, ou a porcentagem de sólidos é 58 59TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 ESPESSAMENTO baixa, a interface entre 4 e 1 pode não ser nítida. Descrições seme- nadante. (6) chama este regime de sedimentação por fase. Nesta etapa, lhantes são encontradas na literatura (3,4,5). líquido em torno das partículas e flocos é empurrado para cima Colocando-se num diagrama a altura da interface em função pelo movimento descendente destas, quase como se estivesse ocor- do tempo decorrido, obtém-se um gráfico semelhante ao mostrado rendo uma filtragem da água através do leito descendente de partí- a direita da figura 5b: nota-se uma zona inicial em que parece nada culas. estar acontecendo correspondente à formação de flocos de partícu- O regime de sedimentação por fase, como já mencionado, ocorre las, segue-se uma linha reta correspondente à zona em que os flocos com partículas que tendem a flocular. Ocorre também quando a con- (ou as partículas) sedimentam com velocidade uniforme, há um tre- centração de partículas na polpa aumenta e se atinge uma condição cho de transição e, por fim, outra linha curva correspondente à zona em que cada partícula está em contato com as vizinhas e elas des- de compactação do espessado. Finalmente, a altura da interface se cem em conjunto, aprisionando as demais nessa estrutura e fazen- estabiliza e não muda mais. do-as afundar com a mesma velocidade. Forma-se uma interface No desenho da figura 5b, designamos os pontos de inflexão nítida entre a polpa em sedimentação e líquido sobrenadante, como por A, B, C e D. É importante salientar que AB é um segmento de mostra a figura 10, sem a zona 2 (depósito do fundo), que se notava reta, e que trecho adiante de D é uma reta paralela ao eixo das na figura 9. ordenadas. BC é uma curva de concordância entre AB e CD. CD é um segmento de curva da lei diferente da de BC Ou seja, formados os flocos (o que pode até nem ocorrer, depen- dendo da natureza das partículas sólidas e das condições elétricas da 1 4 polpa), estes passam a sedimentar, em regime dito de "sedimentação 1 livre" (as aspas são colocadas porque regime NÃO É DE QUEDA LIVRE. As partículas sofrem a ação do líquido ascendente. E, portanto, 1 a sedimentação perturbada do Tratamento de Minérios). Nesta fase, a 2 velocidade da sedimentação é constante (por isto, no diagrama H t, o trecho é reto). Conforme o floco ou partícula afunda, sua velocidade Figura 9 Figura 10 passa a diminuir devido às interferências de outros flocos ou partículas Clarificação de partículas Sedimentação e ao atrito com a água deslocada para cima pelo movimento descen- dispersas por fase dente dos sólidos. Estas interferências aumentam conforme volume do espessado diminui. Ao mesmo tempo, volume do líquido em tor- O regime de compressão acontece quando as partículas se en- no da partícula é menor, pois líquido foi removido para um nível contram tão adensadas que uma está em contato com as outras e mais elevado. No entanto, a sedimentação nesta zona mais densa ainda adensamento só pode ocorrer pela compactação do conjunto devido ocorre em regime de sedimentação livre. Finalmente, chega-se a um ao peso das partículas suprajacentes. estágio em que as partículas estão em contato, umas sobre as outras, e No estágio de compressão é que se nota a ação já mencionada adensamentos adicionais só se conseguem devido à compressão das do rake, agitando mansamente a polpa já compactada, promovendo partículas subjacentes pelo peso das partículas suprajacentes. Nesta fase, a melhor acomodação das partículas, permitindo a eliminação de a velocidade de abaixamento da interface, ou melhor, de compactação, bolsas d'água e de bolhas de ar e ainda, de quebra, mantendo a sus- é bastante menor. pensão estável. Em outros casos, ocorre uma situação especial em que as par- No espessador contínuo (figura 6) podem-se observar camadas tículas ou flocos, mesmo sendo heterogêneos, se unem uns aos ou- de polpa representando as mesmas zonas, com a diferença essencial tros e formam uma estrutura que afunda em conjunto, aprisionando que underflow e overflow descarregam continuamente: a polpa é ali- outras partículas durante O percurso descendente. Todas as partícu- mentada pelo feedwell na zona 1. As partículas ou flocos iniciam seu las, então, sedimentam juntas (mesma velocidade de sedimentação) movimento descendente e a água seu movimento ascendente. A zona e forma-se uma interface nítida entre a fase sedimentante e sobre- 1 corresponde à zona de sedimentação livre. A zona 3 corresponde à 60 61TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 ESPESSAMENTO zona de transição e, na zona 2, no fundo do espessador e sob a ação Concentração volumétrica local do rake, ocorre a compressão do espessado. Na zona 4 ocorre a clari- ficação do overflow. King (1) chama a atenção para fato de que esta descrição (embora aceita por todos) é mais acadêmica que realista, pois as características que distinguem cada zona não são discerníveis, Sedimen- tação exceto a concentração de sólidos crescente. Sedi- por mentação fase Sedimentação perturbada 4 clarificação C. C2 1 alim. (sedim. livre) 3 (sedim. Sedimentação livre 2 compressão Sedimentação por fase material depositado Sedimentação Figura 6 Espessamento contínuo perturbada Fenômenos que ocorrem no espessamento O movimento de uma partícula sólida dentro de uma polpa é C2 Concentração volumétrica local afetado pelas forças de gravidade, pelo empuxo do líquido desloca- do e pelas forças de atrito que se desenvolvem entre líquido e partí- Figura 7 cula. Estas forças são influenciadas pelos seguintes fatores: propriedades da polpa: densidade e viscosidade, Podemos concluir então que, na prática, a sedimentação das propriedades da partícula: tamanho, forma, densidade e partículas durante espessamento acontece segundo três regimes rugosidade da superfície, distintos, denominados de clarificação, sedimentação por fase e compac- propriedades do sistema: porcentagem de sólidos e estado tação. A figura 8, adaptada de (6) mostra que esses regimes são go- de dispersão das partículas, pH e presença de coagulantes ou flocu- vernados pela densidade da polpa e pela tendência das partículas lantes, Na ordenada, a concentração de sólidos cresce de cima geometria do equipamento, especialmente, a proximidade para baixo e na abscissa, a tendência à floculação cresce da esquerda das paredes. para a direita. Verifica-se, pois, que o fenômeno do espessamento é muito O regime de clarificação, portanto, predomina em situações de complexo. Não existe um modelo suficientemente bom para permi- altíssima diluição de polpa, pois as partículas estão distantes umas tir a previsão do comportamento do minério ou concentrado com das outras e podem sedimentar praticamente sem interferências precisão. mútuas. Se uma partícula maior afunda mais rapidamente e colide É importante salientar que os termos "sedimentação livre" e com outra partícula e se há tendência para a formação de "sedimentação perturbada", conforme utilizados em espessamen- as duas se agregam e passam a sedimentar com velocidade ainda to, não correspondem exatamente aos mesmos conceitos utilizados maior. Se não há essa tendência, após a colisão as duas partículas no tratamento teórico da classificação em água. Kelly e Spottiswood continuam seu movimento sem interferências mútuas, (5) fizeram a correlação mostrada na figura 7 e adaptada por nós. cada uma com sua velocidade própria. 62 63TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 Baixa porcentagem Clarificação de sólidos particulas agregados Tratamento Teórico Suspensões em forma de ou Sedimentação Sedimentação por agregados livres por fase canalização Eldon Azevedo Masini Arthur Pinto Chaves Sedimentação por compressão Suspensões na forma de um meio Alta porcentagem floculado de sólidos estruturado Os primeiros conceitos sobre o espessamento foram estabele- Suspensões não Suspensões cidos por Coe e Clevenger em 1916 (3). Analisando ensaios feitos em floculadas floculadas vasilhas cilíndricas, eles verificaram que a velocidade de sedimentação da interface depende da concentração inicial da polpa. Foram também os Figura 8 primeiros a notar as descontinuidades do andamento da curva de espessamento e a subdividi-la nos trechos característicos. É possível distinguir visualmente a clarificação de agregados O conceito do ponto crítico (critical settling point) também foi da clarificação de partículas dispersas. Neste caso, as partículas de estabelecido por eles: é instante em que a polpa passa para a maior velocidade sedimentam antes e as mais lentas sucessivamen- zona 2. Mais precisamente, é ponto da curva de espessamento te depois. Forma-se uma interface no fundo da proveta, que vai su- que representa a posição da superfície da zona 2 no instante em bindo à medida que novas partículas chegam ao fundo, como mos- que a zona 3 desaparece. Segundo estes pesquisadores, a partir tra a figura 9. Não se forma uma interface nítida entre o material que deste momento qualquer eliminação adicional de líquido da polpa aden- afunda e líquido e sim uma zona difusa. sada só pode acontecer devido à ação das forças de compressão das partí- Kos (7), Scott (8), Fitch (9,10) e Michaels e Bolger (11) admitem culas suprajacentes. a existência de mais um regime de subsidência, denominado por O ponto crítico, passagem do regime de transição para de Kos de sedimentação por canalização. Este regime se manifesta numa compressão, é também chamado de ponto de compressão e será sem- faixa de concentração intermediária entre os regimes de clarificação pre representado neste texto por C. e de compressão. Forma-se uma rede de canais ao longo da coluna, Coe e Clevenger verificaram ainda que, para cada concentra- que permite a passagem do líquido drenado das camadas subjacen- ção inicial da polpa, a velocidade de sedimentação tem um valor tes. A interface entre a fase clarificada e a polpa adensada é nítida, constante, variando apenas se a concentração de sólidos for altera- podendo-se notar na superfície da interface marcas tais como ondu- da. Constataram também que, na compressão, a velocidade de sub- lações ou cones vulcânicos. A razão deste regime é as partículas ou sidência é função aproximada do tempo, quando se trata de polpas agregados manterem entre si um contacto frágil que possibilita a defloculadas, tipicamente produtos de moagem de minérios. Já com formação dos canais. produtos de precipitação a partir de reações químicas, apenas a va- riável tempo não é suficiente para reger o fenômeno. Embora caiba a Coe e Clevenger o mérito da interpretação ra- cional e descrição do processo, foi Kynch (12), um matemático, quem formulou a primeira teoria compreensível. Assumindo que a veloci- dade de queda da partícula numa dispersão depende apenas da con- centração de partículas nas vizinhanças (conforme verificado empi- ricamente por Coe e Clevenger), Kynch estabeleceu uma descrição matematicamente rigorosa do processo, que trouxe conhecimentos fundamentais para a sua avaliação. 64TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 ESPESSAMENTO Sempre que uma coluna de partículas sólidas dispersas num de isoconcentração oferece para a interpretação e avaliação das cur- líquido é deixada decantar, uma sucessão de camadas de partículas vas de espessamento e de fluxo de sedimentação. em suspensão, de consistência cada vez mais densa e, portanto, de Estas curvas de fluxo de sedimentação (figura 11) são outra con- capacidade de fluxo de sólidos cada vez menor se forma, a partir tribuição de Kinch de fundamental importância para conhecimen- do fundo do recipiente, e se propaga unidirecionalmente (para cima). to do processo de espessamento. Ele foi primeiro pesquisador a O seu tratamento matemático consiste no estabelecimento de utilizá-las para representar este processo. A curva consiste em um duas relações. A primeira descreve a entrada e a saída de sólido diagrama cartesiano, onde em abscissas são apresentadas as con- através das interfaces de camadas infinitesimais de concentrações centrações de sólidos das diferentes camadas, e, em ordenadas, os constantes, C e C dC. Com base no princípio da continuidade. valores de fluxo de sólidos, G, correspondentes. Kynch demonstra que a interface entre estas concentrações propa- ga-se no sentido ascendente com uma velocidade constante for- necida pela relação: curva dG composta curva dC de curva do de curva de de onde é a vazão de sólidos (massa de sólidos por unidade de tempo) que atravessa uma secção horizontal de área unitária. Esta concentração concentração vazão pode ser expressa pela relação: curva simples curva composta Figura 11 onde C é a concentração de sólidos em massa por unidade de Vários pesquisadores procuraram verificar este tratamento. volume de polpa e V, é valor da velocidade de sedimentação das Aos interessados, recomendamos os trabalhos de Fitch (10), Mon- partículas (correspondente à concentração C, como verificado ante- crieff (13), Yoshioka e colaboradores (14), Hasset (15), Shannon e riormente). No seu tratamento matemático, Kynch adotou o sentido colaboradores (16) e Gaudin e colaboradores (17). ascendente como positivo. Assim, velocidades com sentido para Considerando em conjunto a curva de espessamento e a curva baixo têm sinal negativo. de fluxo de sedimentação (ver figura 12), é possível estabelecer um qua- A segunda relação foi estabelecida a partir da consideração de dro mais compreensível do que acontece durante espessamento: que uma alteração de concentração de sólidos, súbita e finita (men- na curva de espessamento, a zona 4 representa o líquido surável), que ocorra num determinado nível da suspensão, gera uma clarificado, a região OBA (zona 1), a polpa na concentração inicial e interface que se propaga em direção à interface sólido-líquido com a região OBD (zonas 3 e 2) as polpas com concentração crescente em velocidade constante Esta é dada pela relação: função da profundidade e do tempo. A interface entre líquido clarificado (zona 4) e a polpa na concentração inicial (zona 1) sedimenta com a velocidade e a 0;B polpa da zona B sedimenta com um fluxo = Na curva de fluxo de sedimentação, observa-se que a é dada pela inclinação da linha que parte da origem (0) para o ponto B (sendo po- onde os índices 1 e 2 se referem às posições respectivamente sitivo o valor da inclinação, a velocidade será negativa, isto é, a in- acima e abaixo da descontinuidade. terface movimenta-se para baixo), assim: Seu trabalho analisa ainda a estabilidade das interfaces entre concentrações e destaca o potencial que conhecimento das linhas 66 67TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 A Dimensionamento de Espessadores da B B D 0 0 Arthur Pinto Chaves, tempo concentração Eldon Azevedo Masini Figura 12 Por outro lado, imediatamente camadas de concentrações de a C máx formam-se em profundidade. Cada uma dessas camadas Um espessador deve atender diferentes necessidades de operação: concentradas partem do fundo à velocidade dada pela equação U. a - deve ter a capacidade necessária de produção, nas condi- dci = dCi. Logo, existirá uma camada de concentração que ções determinadas pelo processo produtivo, capaz de atender a de- se movimentará numa velocidade maior que as demais camadas, manda da usina. Isto é definido pela razão de espessamento; suplantando-as e que ao se encontrar com a camada inicial CB (zona b - deve fornecer underflow dentro da porcentagem de só- B) resultará uma descontinuidade (inferior) entre a zona (B) e a lidos adequada. Isto pode ser definido pelo adensamento máximo zona (C ou D). A velocidade de propagação dessa interface é o va- possível, ou então, pelas características reológicas da polpa capaci- lor da inclinação da corda BK, indicada na curva de fluxo de sedi- dade de ser bombeada. Um dos parâmetros que governa esta carac- mentação, isto é; terística é tempo de residência; C - eventualmente, deve fornecer um overflow clarificado. Dimensionar espessadores é, pois, basicamente determinar as suas características geométricas (área e profundidade) para que o que, negativa, indica movimento ascendente da interface. O serviço desejado (atender a vazão e atingir a porcentagem de sóli- maior valor de velocidade possível dessas camadas ascendentes é dos desejada no underflow) possa ser executado com segurança. certamente aquele que ocorre quando a concentração inicial do en- Neste cálculo, espessador é tratado como se fosse um cilindro, saio corresponde à do ponto de inflexão da curva de fluxo de sedi- desprezando-se volume da porção cônica. mentação, isto é, como mostra a figura 12. O ideal é ter a experiência anterior com espessamento indus- O regime de sedimentação perturbada ("hindered settling"), trial desse mesmo material. Na sua falta, único método possível é a que ocorre quando a concentração da polpa excede a concentração partir da curva de espessamento determinada em ensaios "batch" Se Cx, é referido como sedimentação por fase ("phase settling"). Nesta o material foi obtido da operação de usina piloto, a segurança é maior condição, mesmo sendo sólidos heterogêneos, material sedimenta que quando o material é obtido de ensaios descontínuos. com uma nítida interface entre líquido clarificado e a polpa. Para Existem espessadores para usina piloto. Entretanto, eles não ensaios com concentrações iniciais entre C1 e C2 (figura 7) ocorre tam- permitem scale up necessário para um bom projeto. bém a sedimentação perturbada, porém se as partículas são hetero- gêneas as mesmas sedimentam em diferentes velocidades, fornecen- Ensaio de espessamento do uma interface difusa, que em regime contínuo num espessador pode resultar em finos no overflow. O ensaio de espessamento é padronizado e já aparece descrito no Taggart (2): numa proveta de 2.000 ml é colocada uma amostra representativa da polpa que deve ser espessada. Com um agitador, a polpa é agitada energicamente, até colocar todas as partículas sóli- 68 69TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 ESPESSAMENTO das em suspensão. No momento em que agitador for retirado da polpa, O cronômetro é acionado e passa-se a registrar tempo de- PROJETO:exemplo Resp:Ibere corrido e a altura da interface. Local:EPUSP A figura 14 é uma planilha utilizada para registrar esses valo- Data:15/ 1 res, preenchida com resultados reais. Nela aparece uma "constante contrato de proveta", utilizada para transformar as leituras volumétricas em CLIENTE: exemplo medidas de altura da interface. Um artifício muito útil e que permi- MATERIAL: sem deslamar AMOSTRA C-4 te maior precisão é de colar uma fita de papel na proveta e sobre ORIGEM ela marcar a posição da interface nos tempos desejados. Especial- MEDIDAS DE ESPESSAMENTO mente nos instantes iniciais, a interface se move muito rapidamente e é difícil de acompanhá-la de outra maneira. A leitura direta das OBJETO DO ENSAIO tempo altura altura marcas fornecerá a altura em mm. (min) (ml) (ft) Este ensaio, embora aparentemente muito simples, serve de 0,5 850 0,91 base para O dimensionamento de espessadores de qualquer tama- DENSIDADE DO SÓLIDO 1.0 785 0,84 nho. Serve também para estabelecimento das condições ótimas de DENSIDADE DA POLPA: 1,35 1.5 720 operação (pH, % de sólidos e dosagem de floculantes). Como já foi % sólidos inicial: 37,0 2,0 670 0,72 mencionado, ensaios piloto de espessamento não são considerados % sólidos final: 70,7 610 0,65 representativos pelos especialistas. pH 7,72 3,0 550 0,59 A principal dificuldade do ensaio reside na diversidade de DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA 495 0,53 comportamento das polpas. A figura 13 mostra curvas típicas de es- -100# 4.0 460 0,49 pessamento de polpas de igual natureza, refletindo a -100 200# 4.5 430 0,46 cia de algum ou a ocorrência conjunta dos mecanismos descritos. -200 325# 5.0 400 Em alguns casos, sobrenadante se mostra tão turvo que fica difícil -325# 6,0 360 0,39 distinguir a interface. A curva mostrada na figura 5 tem andamen- 335 0,36 to mais típico. A zona 4 representa O líquido já clarificado. Na zona 1 as partículas estão em "sedimentação livre" e a zona 2 corresponde às FLOCULANTEs nenhum 8,0 315 0,34 partículas já sedimentadas, em regime de compressão. Ou seja, enquanto marca 9,0 300 0,32 na zona 1 movimento descendente das partículas é rápido porque diluição 11.0 290 0,31 elas estão muito distantes umas das outras, na zona 2 isto não acon- ml adicionados 285 0,30 tece: elas estão muito próximas umas das outras, em contato físico e 20,0 282 0,30 só se adensam adicionalmente devido à ação do peso das partículas UNDERFLOW: 30,0 282 0,30 suprajacentes, que as empurra para baixo. A água que está nos in- volume não decantado: 45,0 282 0,30 terstícios flui para cima através dos poros entre as partículas. peso da proveta cheia: 1670 g 60,0 282 tara: 523 A = = polpa concentrada, floculada ou não peso da polpa: 1147 g B = polpa mostrando período de indução F = mesmo material de B, floculado peso dos sólidos: 367 g previamente densidade do sobrenadante: D B D = polpa floculada, A E = polpa não floculada, densidade dos sólidos: C C C CONSTANTE DA PROVETA (ft/ml):0,00107 Figura 13 Figura 14 - Ensaio de espessamento 70 71TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 ESPESSAMENTO Existe uma zona de transição entre dois estados, que é a zona 3. comportamento do underflow e escolher com precisão a % de só- Aqui a distância entre as partículas já diminuiu ao ponto de que lidos com que underflow pode ser retirado. movimento descendente das partículas é atrapalhado pelo movimen- Uma medida semi-quantativa, que é bastante informativa, é a to ascendente da água deslocada pelas partículas que afundam. São que é feita com viscosímetro esquematizado na figura 15. Ele con- camadas de partículas mais densas, ainda em regime de sedimenta- siste em uma placa de fórmica no desenho mostrado, que é colocada ção livre, que atingem a interface. sobre a mesa, em posição horizontal. Sobre ela coloca-se um pedaço A curva de sedimentação apresenta alguns pontos notáveis: de cano de latão de 2 1/2" de diâmetro interno por 2 1/8" de altura. A o ponto B, onde começa a zona de transição: é onde se ma- polpa cuja viscosidade deve ser medida é vazada para dentro do tubo. nifesta comportamento de camadas mais densas, Este é levantado em seguida e a polpa escorre, espalhando-se sobre a ponto C, onde começa a zona de compressão e termina a placa numa extensão inversamente proporcional à sua viscosidade. zona de transição, Medidas superiores a 2,5 garantem a possibilidade de ponto D, onde termina a zona de compressão e a altura Esta medida era rotineira para polpas de calcário moído quando do espessado passa a não sofrer mais variações. cimento portland era fabricado via úmida. Como os ensaios de espessamento são descontínuos (em batela- das) e a operação do espessador é contínua, a transposição dos resulta- dos não pode ser direta. Na prática, usa-se fator de escala, que vai vari- an segundo método de dimensionamento utilizado. Existem tratamen- tos teóricos e modelos matemáticos que, entretanto, não fornecem uma compreensão completa do fenômeno e por isso não funcionam sempre bem e métodos absolutamente empíricos, desenvolvidos pelos fabri- cantes de equipamento com base na experiência acumulada. A cia anterior e 0 bom senso de quem vai projetar espessador será, por isso, sempre o fator mais importante para um bom resultado. Os ensaios de espessamento são costumeiramente feitos em provetas de 2.000 ml, como já recomendava Taggart (2). Vários auto- Figura 15 Viscosímetro res, inclusive, defendem essa prática dizendo que para as diluições usuais de espessamento, a massa de sólidos contida dentro de uma O maior problema prático é a identificação dos pontos B e proveta de 1.000 é insuficiente para representar corretamente a é necessário para cálculo da velocidade de sedimentação na zona compressão do material. Oltman (comunicação pessoal, 1972) fez AB. O ponto C ponto crítico é necessário para os métodos de Tal- ensaios exaustivos para verificar se existiam realmente diferenças e Fitch, e de Altman. O ponto D -fim da zona de compressão é sensíveis entre os resultados com provetas de 2.000 e 1.000 ml, con- necessário para cálculo da altura da zona de compressão, no méto- cluindo pela negativa. A mesma conclusão foi obtida por Masini (18) do de Coe e Clevenger. Às vezes, no gráfico do ensaio de espessa- trabalhando com minérios brasileiros. mento desenhado em escalas lineares, fica difícil Nes- Um item importante de ser averiguado, e muitas vezes negli- ta situação, vários artifícios são empregados: genciado nos ensaios de espessamento, é verificar se 0 underflow é a) desenhar ângulo formado pelo prolongamento do trecho passível de bombeamento. Estas verificações podem ser tão simples retilíneo inicial da curva de sedimentação. Com prolongamento como introduzir uma baqueta no underflow e avaliar sua resistên- do trecho final da zona de compressão, assumindo-o como retilíneo. cia ou virar a proveta e verificar se sedimentado escorre. Traçar a sua bissetriz, determinar ponto de intersecção com curva O Centro de Tecnologia da CVRD ("laboratório do km 14"), de espessamento e traçar a tangente à curva de espessamento neste rotineiramente mede a viscosidade do underflow a diferentes por- ponto. O tempo correspondente a C será definido pela intersecção centagens de sólidos e traça reograma desta polpa (diagrama vis- da tangente com prolongamento da reta correspondente ao estado cosidade X % sólidos). Fica, assim, possível conhecer perfeitamente final da compressão. Fitch (19) salienta que esse procedimento não 72 73TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 ESPESSAMENTO tem fundamento teórico nenhum e que, dependendo das escalas Cálculo de espessadores utilizadas para os eixos do gráfico, mais que um ponto pode ser de- terminado. O fator de escala utilizado com definido a partir des- A teoria do espessamento iniciou-se com O trabalho de Coe e te procedimento é 1,33 (figura 16). Clevenger em 1916, cujo modelamento teórico serve de base para b) Oltman identifica ponto C, mas não utiliza o t correspon- todos os métodos de dimensionamento que vieram depois. Coe e dente. Ele traça a linha reta unindo A a C e prolonga-a até encontrar a Clevenger postulam que a razão de espessamento é função exclusiva da paralela ao eixo das abscissas que passa por D. A destas velocidade de sedimentação na zona de sedimentação livre. Em 1952, Kyn- duas linhas define do tempo a ser utilizado, com um fator de escala ch desenvolveu uma análise matemática do fenômeno de sedimen- 1,2 (figura 17). O problema, mais uma vez, é a identificação do ponto C. tação "batch". Talmage e Fitch (1955), Yoshioka (1955,1957), Dick (1972) e Wilhelm e Naide (1981) ampliaram esses trabalhos, tentan- H H do obter métodos mais confiáveis. Todos estes métodos têm restrições e nem sempre funcionam bem. Por seu lado, empresas fornecedoras de equipamentos desen- volveram métodos absolutamente empíricos. Na realidade, a expe- riência prévia e o bom senso serão sempre os fatores determinantes do sucesso de um projeto de espessamento. O parâmetro fundamental para o dimensionamento de espes- sadores é a razão de espessamento (settling rate), que expressa a área (em Figura 16 Figura 17 necessária para espessar 1 t de sólidos em 24 horas, para uma deter- minada polpa. Multiplicado pela tonelagem de sólidos a serem es- c) método de Stevenson e Fitch (19): consiste em traçar a curva pessados, este parâmetro fornece a área necessária para tanque. A de sedimentação em papel log-log (figura 18). As curvas obtidas acen- segunda consideração são os tempos de residência da polpa no espes- tuam as descontinuidades Os pontos após ponto D não devem ser sador e do underflow na zona de compressão, até atingir a compac- usados! (Eles correspondem ao quarto trecho da curva, paralelo ao tação desejada. Finalmente, é necessário considerar também a capa- eixo dos tempos). cidade de extravasar overflow. d) método de Roberts (20): traçar em papel monolog a curva A literatura (21) registra que os resultados dos ensaios de es- log (H t (em escala linear, figura 19). Este método evidencia pessamento perdem confiabilidade quando: final preferencialmente a descontinuidade que caracteriza o ponto C, pois as porcentagens de sólidos no underflow são muito baixas, retifica o trecho curvilíneo da zona de compressão. menores que e) traçar em papel log-log a curva log [(H X log t e os tempos de compressão são muito longos. definir arbitrariamente o ponto de inflexão conforme mostrado na os pontos de inflexão das curvas são difíceis de serem de- terminados. figura 20. Para superespessadores, estes métodos não funcionam e reco- logH log(H log H Hfinal menda-se a consulta aos fabricantes (22). Coe e Clevenger 3/3 B B Baseados na descrição do fenômeno do espessamento, confor- C C D D me feito a partir dos ensaios descritos acima, Coe e Clevenger de- senvolveram um método de logt t Este método postula que a razão de espessamento é função exclu- logt Figura 18 Figura 19 Figura 20 siva da velocidade de sedimentação na zona de sedimentação livre. Portan- 74 75TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 ESPESSAMENTO to, a velocidade de sedimentação terá 0 mesmo valor no ensaio descontí- também que a razão de espessamento é função única da diluição da pol- nuo e na operação contínua (10). pa. Em 1953, Talmage e Fitch estenderam esse modelo para espes- Verifica-se experimentalmente que a razão de espessamento varia sadores contínuos. conforme varia a diluição da polpa, passando por um ponto de máximo valor, O procedimento experimental consiste em executar um único que é o que determina a capacidade necessária para espessador. ensaio de sedimentação, para as condições desejadas (porcentagem de só- Em outras palavras, dentro do espessador contínuo, a densi- lidos na polpa) e definir alguns parâmetros importantes a partir da dade da polpa aumentará continuamente com a profundidade, até curva de sedimentação obtida: atingir um valor crítico, que limita a vazão dos sólidos por unidade CA e são a concentração de sólidos inicial e a altura inicial; de área através desta zona de concentração crítica. Se a área do es- e são tempo e a altura finais obtidos (underflow to- pessador for insuficiente, os sólidos afundarão até alcançar essa zona. talmente espessado); Os sólidos que não conseguem ultrapassá-la vão se acumulando, C é ponto crítico da curva. Suas coordenadas são e H até encher espessador e transbordar. traçando-se a tangente à curva que passa por C, definem-se Então, um espessador bem projetado deve ter a secção trans- os pontos e onde essa tangente corta eixo das ordenadas e a versal com área suficiente para que a velocidade de sedimentação na paralela ao eixo das abcissas que passa por concentração crítica atenda a vazão de sólidos necessária (8, p. 252). A razão de espessamento é calculada por: Portanto, um espessador bem projetado, deve ter recursos para mo- nitorar a zona crítica e um bom projeto consiste em que se forneça área suficiente para evitar a sua formação (10). razão de espessamento = X fator O procedimento experimental consiste então em executar uma série de ensaios de espessamento como os descritos acima, apenas variando a diluição inicial. Usualmente executam-se seis ensaios e a Em certas situações, a compressão final é excessiva para bom- partir deles define-se a diluição crítica. Para cada ensaio calcula-se a beamento subseqüente. Por exemplo, concentrados coesivos e pesa- velocidade de sedimentação, correspondente à velocidade com que dos como de minério de ferro atingem porcentagens de sólidos no a interface se move para baixo na zona de sedimentação livre e cal- underflow tão altas que tornam impossível bombeamento e, por- cula-se a razão de espessamento através de: tanto, a remoção do underflow. Usa-se, então, uma densidade infe- rior, compatível com o bombeamento. Os parâmetros H, e são, nes- rel. água da alim. rel. água do UF tes casos, substituídos por e respectivamente a altura e O tem- razão de espessamento = fator X sólido sólido vel. sedimentação X dens. polpa po de sedimentação que correspondem a estes valores adotados. Tabulando-se a razão de espessamento em função da dilui- Zona de compressão ção inicial para os vários ensaios, identifica-se a maior razão de espessamento - ou seja, a razão crítica e adota-se a mesma como Este ensaio, desenvolvido por Oltman, visa determinar uma O parâmetro de dimensionamento, garantindo assim funciona- estimativa razoável da porcentagem de sólidos no underflow e do mento satisfatório do espessador em quaisquer circunstâncias. É tempo necessário para atingí-la. A diferença em relação ao ensaio de imperativo usar os fatores de escala adequados e, eventualmente, sedimentação normal é uso de um rake, que gira intermitente- com base na experiência anterior com materiais semelhantes, utili- mente a baixa velocidade: uma vez por hora, a 1/6 rpm. Procura-se zar fatores de segurança. usar a massa de polpa (na diluição da alimentação) que de cerca de 300 ml depois de 24 h de sedimentação. Usam-se floculantes e regu- Kynch ou Talmage e Fitch ladores, visando simular mais de perto possível as condições ope- racionais reais. Registra-se a altura da interface a cada quarto de Kynch, um matemático, desenvolveu em 1952 um modelo hora durante até 12 h e, finalmente, a altura após 24 h. Ao fim do matemático para o espessamento descontínuo, em que postulava ensaio, deságua-se e seca-se a amostra e mede-se O peso de sólidos. 76 77TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 ESPESSAMENTO O objetivo é determinar com a máxima precisão ponto de Wilhelm e Naide (22) início da compressão, e o respectivo tempo Se O underflow pode ser manuseado na sua porcentagem de sólidos final, determina-se O método Coe e Clevenger leva a um subdimensionamento tempo onde a curva de sedimentação torna-se horizontal (instan- da área do espessador. Por sua vez, O método Kinch costuma su- te a partir do qual não há compressão adicional). O tempo necessá- perdimensioná-la. E, em alguns casos, a estimativa dada por Coe rio para que ocorra a compressão desejada é A altura necessá- e Clevenger é mais próxima da realidade; noutras, a de Kynch ria para que essa compressão ocorra é (10). Do ponto de vista prático, Kinch exige apenas um ensaio e, portanto, será sempre mais fácil de ser executado se a amostra e altura de compressão = as condições estiverem corretas. peso dos sólidos X razão de espessamento Como já mencionado, nenhum dos métodos atende per- feitamente as necessidades do dimensionamento. Estes autores onde V é O volume médio da compressão no ensaio descontínuo, afirmam haver definido um método alternativo mais preciso que expresso em ml. os anteriores e que necessita de apenas um ensaio de espessa- mento. Afirmam que, comparando os resultados obtidos por seu Regra dos 3 ft método e pelos outros dois com a realidade da operação indus- trial, seu é que apresenta maior concordância. Salientam que Quando a altura de compressão exceder 1m (grosseiramente, as diferenças que aparecem acontecem quando a ação da zona 3 ft), recalcula-se a área de sedimentação. Isto é uma correção total- de compressão é muito sensível. Recomendam, para sanar este mente empírica, conhecida como "regra dos três pés" e que serve para inconveniente específico, a realização de ensaios especiais em evitar Outrossim, se a altura calculada para a cilindros de maior comprimento (deve ser ensaio de compres- zona de compressão resultar inferior a 1/2 ft, adota-se este valor são de Oltman). mínimo. De fato, embora pessoalmente não consideremos seu mé- Esta regra não tem justificativa teórica nenhuma. Entretanto, todo melhor, estes autores trazem uma contribuição de real valor tem sido confirmada para quase todos os propósitos práticos. Vári- para a compreensão dos fenômenos, na medida em que: as explicações foram aventadas para isso (1), entre as quais: comprovaram a afirmação de que apenas um ensaio de es- polpas de concentrados metálicos espessam rapidamente pessamento é suficiente para 0 dimensionamento, desde que ensaio e até as porcentagens de sólidos finais admitidas pelo bombeamento. a sua análise sejam feitos corretamente; Em a altura da zona de compressão deixa de ser um demonstram que os desvios entre os mecanismos aceitos fator crítico de projeto. até então e a realidade da operação industrial ocorrem devido aos em quase todos os casos, a velocidade de compressão dimi- fenômenos que acontecem na zona de compressão; nui muito rapidamente. propõem um método alternativo, mais preciso, segundo eles. a variação da espessura da zona de compressão implica numa O procedimento preconizado por Wilhelm e Naide con- variação pequena da porcentagem de sólidos do underflow. O valor siste em discretizar a curva de espessamento, transformando- de 3 ft seria um valor médio, satisfatório para a maioria dos casos. a em uma sucessão de segmentos de reta e calcular a velocida- Esta regra é complementada pela atribuição de 2 ft como altu- de de sedimentação em cada um dos trechos assim definidos. ra necessária para as demais zonas dentro de um espessador. Em Esta velocidade é função exponencial da concentração média a altura dos espessadores variará muito pouco: da polpa no trecho. Constrói-se o gráfico razão de espessamento zona de clarificação: 2 ft, X concentração de sólidos no underflow (em papel log-log). zona de alimentação: 2 ft, Para cada um dos trechos calcula-se a razão de espessamento, zona de transição: 2 ft, em função do expoente da função da velocidade de sedimen- zona de compressão: 1/2 a 3 ft; tação e da concentração de sólidos desejada para underflow, altura total: a 9 ft. pela fórmula: 78 79TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 ESPESSAMENTO b-1 dos fabricantes aos interessados. ) b-1 b Todo dimensionamento baseou-se no valor da razão de es- razão de espessamento ab pessamento, determinada a partir de uma única amostra e, se tiver sido usado método de Kynch, de um único ensaio. Se esta amostra A razão de espessamento assim calculada é válida para o en- não for representativa, todo trabalho está perdido! saio Existe um fator de escala, que relaciona-a com a ra- Razão frequente de sobrecarga do rake é a presença de materi- zão de espessamento real, calculado mediante: al grosseiro. Em princípio, material maior que 60# (0,25 mm) não deve- ria entrar no espessador (19). Material deste tamanho não pode ser h tolerado e é preciso separá-lo por peneiramento antes. razão de espessamento real = razão de espessamento batch onde O sistema de remoção do underflow é calcanhar de Aquiles de qualquer espessador. Em se tratando de uma obra tão cara e tão crítica h é a altura média da interface da zona de compressão no en- para funcionamento da usina, acreditamos que não seja aqui que se saio batch, e, deva procurar Bombas de reserva são, portanto, essenciais. H é a altura média da interface na operação contínua. Quando não são executadas medidas da viscosidade do un- é determinado a partir de um gráfico fornecido por Wilhelm derflow. vários critérios mais ou menos empíricos e arbitrários (ver- & Naide. dadeiras "regras de dedão") são utilizados pelos para escolher a densidade de polpa de bombeamento. Entre eles: Comparação entre os métodos 1 underflow deve ser retirado com porcentagem de sólidos 5% superior à do ponto crítico (ponto C); O método de Wilhelm e Naide apresenta algumas vantagens 2 o underflow deve ser retirado com porcentagem de sólidos sobre os anteriores, mas a sua utilização acaba caindo nos mesmos 10% inferior que a densidade final (24 horas). problemas, ou seja, na necessidade de traçar gráficos e determinar entretanto, de meros palpites, que nunca podem pontos e valores mais ou menos arbitrariamente. Deste modo, ape- ser melhores que a medida da viscosidade, ainda que por métodos sar das vantagens preconizadas pelos autores, acaba-se incorrendo tão simplificados como descrito anteriormente. nos mesmos erros dos métodos anteriores. O projeto deve considerar a possibilidade de paradas Não obstante isso, Simonsen e Almeida (23), dimensionando do sistema do underflow e prever facilidades necessárias para elas se- um espessador para overflow da ciclonagem do minério de ferro rem rapidamente resolvidas (ar comprimido, água de alta pressão, dis- de Carajás pelos diferentes métodos, obtiveram: positivos para acesso e lavagem da linha etc.). O manual de operação deve prever as providências a serem cumpridas em situações de para- método razão de espessamento X dia) da imprevista. O piso da câmara debaixo do espessador, onde ficam as Coe & Clevenger 0.479 bombas deve ter inclinação tal que permita a sua fácil lava- Kynch gem e a remoção do minério que cair durante uma operação de desen- Talmage & Fitch 0,720 tupimento. É conveniente prever uma canaleta de Wilhelm & Naide 0,548 São usadas bombas de diafragma e bombas Eventualmente usam-se motores de velocidade regulável, regula- resultados estes que enfatizam as características próprias de cada dores de velocidade, ou inversores de método e os seus efeitos sobre o resultado final. As bombas de overflow deveriam, teoricamente, bombear água limpa. Na prática isto nem sempre acontece e as bombas devem ser Considerações de projeto escolhidas tendo esta possibilidade em vista. Keane (22) e King (1) discutem as diferentes possibilidades de Não entraremos nos detalhes mecânicos dos equipamen- instalação de espessadores, com vistas à instalação de bombeamen- tos. Recomendamos a referência (1) e a consulta aos catálogos to do underflow, que resumimos a seguir: 80 81TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 ESPESSAMENTO tanque elevado, válvulas, tubulações e bombas do underflow Finalmente, em muitos casos, a par com a porcentagem de sóli- instaladas ao nível do chão: esta configuração possibilita excelente dos no underflow, deseja-se também a mínima turbidez do overflow acesso ao sistema do underflow; a construção é mais cara que as (embora a clarificação não seja a função primordial de um espessa- demais configurações e torna-se cada vez mais cara, à medida que dor). Isto depende fundamentalmente da floculação da alimentação, tamanho do tanque aumenta; que pode ser espontânea ou artificial mediante a adição de eletróli- tanque ao nível do chão, sistema do underflow instalado em um tos ou de polímeros. O primeiro caso não costuma constituir proble- túnel debaixo do tanque: éa concepção mais frequente na indústria mine- ma, desde que o dimensionamento do espessador tenha considerado ral. O custo instalado é razoável. O projeto deve considerar o problema o tempo necessário para que essa coagulação ocorra. Entretanto, quan- de drenagem desse túnel, facilidades de manuseio e de manutenção de do se usam polímeros sintéticos, é necessário garantir a sua mistura peças pesadas (motores, rotores, válvulas e tubulações) e observar di- eficiente e rápida, de modo que todos os seus pontos ativos sejam mensões compatíveis com a segurança operacional dos trabalhadores. utilizados antes que floco comece a afundar. Mistura ineficiente acar- A ventilação do túnel pode, ser problemática; retará consumos desnecessariamente maiores de floculante. tanque ao nível do chão, bombas de polpa do tipo submerso Também é necessário prover tempo necessário para que os instaladas na coluna central, motores acima do nível do espessador: flocos possam se formar e começar a sedimentar. Muitas vezes isto é é a concepção de investimento mínimo. Não permite a instalação de dificultado por uma diluição excessiva e a solução é, então, recircu- bombas de reserva e torna a manutenção e a limpeza das bombas lar parte do underflow (1). trabalhosas. Afeta o projeto do mecanismo central. É necessário pa- A tabela 1 mostra valores de razão de espessamento e condi- rar espessador para a manutenção da bomba; ções médias de operação. Ela não deve ser usada para projeto, poden- tanque ao nível do chão, bombas instaladas na coluna central, acima do nível do espessador, succionando underflow do fundo e do apenas ser utilizada para avaliações preliminares e grosseiras. do centro do espessador: investimento ligeiramente superior ao do caso anterior. Permite a instalação de bomba de reserva. A operação de bombas de polpa em sucção é sempre desagradável. O espaço para operação e manutenção torna-se exíguo; afeta o projeto do mecanismo central; configuração tipo caisson: é a solução mais econômica para espessadores de grande diâmetro, pois se elimina o túnel, embora tubulão central não seja uma construção barata e o acionamento tam- bém se torne mais caro); tanque ao nível do chão, tubulações de underflow enterradas e bombas locadas na periferia do espessador: usualmente não aplicá- vel a polpas minerais. Capacetes, ferramentas e outros objetos caídos dentro do es- pessador atrapalham muito seu Muitas instala- ções fecham passadiço de acesso ao mecanismo central de modo completo ou com telas de alambrado. Para espessadores de grande diâmetro, o custo da obra civil pode ser minorado substituindo a concha de concreto por fundo de material argiloso compactado. O método já foi utilizado no Brasil e (25) dá maiores informações. É fundamental a granulometria da ar- gila e o cuidado na compactação. A camada de argila compactada é coberta com uma camada de solo-cimento. 82 83TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 Tabela 1: Valores típicos de razão de espessamento e de desempenho (extraído do catálogo de espessadores Enviro-Clear) Prática Operacional Aplicação Alimentação Underflow Capacidade Razão de % sólidos % sólidos específica espessamento GPM/ft2 ft2/t/24h Arthur Pinto Chaves lamas vermelhas 10-15 30-40 1,5 efluente de açúcar de beterraba 3-8 20-35 2-5 José Fernando Ganime lavador de poeiras de aito forno 1-2 30-50 4-5 rejeitos de bórax 5 35-45 1-2 2 purificação de salmoura 0,01-0,03 10-30 1,6-1.9 efluente de açúcar de cana 3-20 1-3 As variáveis de controle que devem ser monitoradas, são: cimento portland, via úmida 10-15 40-50 2-3 finos de carvão lavado 1-7 25-40 granulometria, vazão e porcentagem de sólidos da alimen- rejeitos de carvão 1-8 25-50 4-5 concentrado de cobre 15-30 60-75 1.5-4.2 vazão e porcentagem de sólidos do underflow; resíduo da lixiviação de cobre 5-15 45-55 1-3 0.3-1.5 dosagem e diluição de floculante, ponto de adição do flocu- minério de cobre, moído 15-35 45-65 1-3 0.1-0.6 rejeitos de cobre 50-65 1-4.2 lante; 10-35 0,2-0,6 rejeitos de diamante 10 45 3-4 pH da polpa, rejeitos de cianetação 10-33 40-60 1-4 0.3-0.8 porcentagem de sólidos no overflow. polpa de caulim 1-6 20-30 2,5-3 densidade na zona crítica ou nas suas vizinhanças. concentrado de chumbo 20-40 60-80 3-9 0.1 garapa calada e carbonetada 1-5 15-23 3-5 Uma regra fundamental, cuja importância não pode ser garapa bruta calada 3-9 1-3 nunca minorada, é a de que espessadores são projetados para traba- efluente de rejeitos de lhar com materiais finos e, portanto, partículas grosseiras não po- parcialmente neutralizado. 2,7 30-40 2,4 2,5 dem ser admitidas na sua alimentação. Para carvão aceitam-se segundo estágio de neutralização 2,5 13-20 1.7 3,9 partículas até 28#. Para outros materiais, desejável é -60#. Nas hidróxido de magnésio de salmoura 9 25-50 3 0.5 hidróxido de magnésio. água do mar 2-6 III-25 0.7-4 1-10 usinas de minério de ferro, onde este aspecto é especialmente crí- magnetita (meio denso) 12-18 60-70 4-7 0.1-0.2 tico, a prática de aumentar a profundidade submersa do feedwell rejeito de eletropolimento, metais 1-1.6 0.5-1 (para impedir que as partículas grossas sejam arrastadas para lon- água de mina 1-4 ge do centro) tem dado bons resultados. O mesmo aconteceu em rejeitos de 20-300 50-70 2-4 0,1-11,3 Fazenda Brasileiro. rejeitos de destintamento de papel 1-5 rejeito da de papel 0-3.9 0,8-3 Outra regra fundamental é nunca estocar material nem deixar clarificação vinho branco 8-10 30-40 0.6-1.5 1-5.3 que ele se acumule dentro do espessador. A função do espessador é lamas de fosfato 2-8 12-18 0.6-1.2 espessar a polpa e isso ele faz muito bem. Querer usá-lo como ácido fosfórico a 30% 0,5-8 16-50 0,5-2 potássio (polpa de argila e sal) 6-10 vasilha de estoque é abusar dele e o merecido castigo virá bem 1 rejeitos de areia 2-10 30-40 4-6 depressa. minério de prata cianetado 10-33 40-60 1-4 0.3-0.8 A figura 21 [apud (22)] mostra a relação entre a porcentagem alimentação primária 1-3 8-20 2-4 1-8 de sólidos no underflow (em g/1) e a razão de espessamento. Este rejeito de taconita 10-15 55-65 5-9 0.1-0.2 gráfico foi construído por Wilhelm e Naide a partir de resultados de rejeitos de areia betuminosa 6-7 30-50 1-3 minério de urânio lixiviado 10-30 45-65 1-5 ensaios contínuos, medindo a porcentagem de sólidos para diferen- yellow cake 1-10 15-40 0,5-3 1-10 tes alturas da interface dentro do espessador. concentrado de zinco 15-40 6(1-75 Verifica-se que, para concentrações inferiores a 400 as li- middlings de zinco 5-10 60-70 2-4 nhas convergem. Neste faixa de operação, 0 espessador é mais sensível a rejeitos de zinco 20-35 50-70 1-4 0.1-0.6 variações na vazão de sólidos e relativamente insensível a mudanças na altu- licor de extração de zircônio 5-10 2 84 85TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 ESPESSAMENTO 3 formam-se montes de material depositado dentro do ra da interface. Então, mudanças na altura da interface não afetariam significativamente desempenho do espessador, mas mudanças na pessador e underflow começa a ficar mais diluído e acaba atingin- do a diluição da alimentação; vazão de alimentação terão efeitos drásticos, a menos que a vazão das 4 - o mecanismo do rake fica sobrecarregado e é desligado pelo bombas de underflow seja ajustada para compensar. O que ocorre, então, sistema de proteção. dentro do espessador quando se resolve usá-lo para estocar material Ocorrendo efeito 2, a sugestão é tentar, inicialmente, injetar (ou aumentando a vazão de alimentação ou aumentando a porcenta- parte da alimentação no underflow, de modo a diminuir a porcenta- gem de sólidos na alimentação, sem aumentar a vazão de underflow), gem de sólidos deste. Certamente o esforço necessário para bombe- é que a altura da interface vai elevar-se gradualmente, até a alimenta- amento será reduzido e sistema, aliviado. Prestar atenção à alimen- ção transbordar pela calha do overflow. tação do espessador. Se necessário, e até mesmo cortá-la. Notando-se o efeito 3, rake sobe. O operador deve passar RE 6 para comando manual e ficar atento à medida do torque, tentando t/d 0.1m Altura da interface obrigar o rake a desmanchar a "ilha" formada no fundo. Se após 30 0,2m 5 a 40 min problema não tiver sido solucionado, a alimentação do 7 5 espessador precisa ser cortada. 0.3m 9 0.6m Todas as coisas que acontecem dentro do espessador não são 4 3 1,2m 1 visíveis para operador. Ele deve ficar atento a tudo que acontece e 2 8 aprender a interpretar as variações dos parâmetros de processo: 4 6 8a elevação do nível dentro do espessador: pode indicar acu- 6a mulação do material no seu interior. As causas possíveis podem ser 3 - a remoção insuficiente do underflow ou floculação deficiente; aumento do torque pode indicar a ocorrência de sobrecar- ga, devido a uma das muitas causas possíveis: alimentação mais gros- sa, alimentação mais adensada, excesso de vazão, ou pior, a forma- ção de montes de material; 2 posição do rake mais elevada que o programado indica a 300 400 500 600 Concentração do UF (g/l) acumulação de material. Em usinas com circuitos de flotação, a espuma persistente pode Figura 21 se constituir em problema operacional (abrasão dos rotores das bom- bas do overflow) e em perdas de concentrado nos espessadores de Acima de 400 g/1 as linhas se espalham, o que indica que, concentrado. A primeira solução é a instalação de uma saia de chapa dentro de certos limites, espessador consegue se adaptar sozinho a mu- perfurada, em torno do feedwell e a uma distância conveniente deste. danças na vazão de alimentação. Então, dentro de uma certa faixa de Caso este dispositivo não seja suficiente, é usual instalar sprays para concentrações, o espessador pode absorver, durante algum tempo, quebrar a espuma. Ou então, a escumadeira mostrada na figura 1. variações da alimentação mesmo que não sejam tomadas providên- Em circuitos de espessamento da lama de sistemas de abatimen- cias corretivas. to de poeiras ou de águas de usinas siderúrgicas, as graxas e óleos ten- Isto não vale para espessadores em que é feita a adição de polí- dem a se concentrar no overflow. A mesma escumadeira + anel + remo- meros, pois a presença destes reagentes pode mascarar esses efeitos. ção do óleo sobrenadante é uma boa solução para o problema. Muitas vezes, entretanto, a acumulação ocorre independentemen- A necessidade de clarificar overflow pode levar à necessida- te da vontade do operador. Ocorrendo acumulação de materiais dentro de de utilizar algum reagente auxiliar. A conveniência desta decisão do espessador, acontecerá um ou mais dos efeitos seguintes (1,22): deve ser avaliada cuidadosamente, pois sempre envolverá um cus- 1- a alimentação começará a descarregar junto com overflow; to operacional adicional. A maneira de fazê-lo, como já menciona- 2 o underflow fica grosso demais para poder ser bombeado; 87TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 do, também deve ser criteriosa, especialmente porque a dosagem inadequada pode provocar a deposição súbita de uma grande quan- Espessadores de Lamelas tidade de material, com a possibilidade de formação de uma placa no fundo do espessador. e Super-Espessadores Em muitos casos é necessário utilizar coagulantes e floculan- tes. Os coagulantes, via de regra, são adicionados primeiro e só de- pois os floculantes. Existe alguma polêmica sobre a conveniência de utilizar bom- bas centrífugas quando se usam polpas floculadas mediante a adi- Tais como são projetados hoje, os espessadores são equipa- ção de floculantes orgânicos. Os críticos dessa utilização afirmam mentos robustos, simples e, especialmente, confiáveis. Entretanto, que cisalhamento da polpa dentro da bomba corta as apresentam dois problemas de ordem prática: longas cadeias orgânicas dos floculantes, impedindo a sua reflocu- seu tamanho excessivo: já vimos na discussão sobre os tipos lação posterior. de espessador, os problemas geotécnicos acarretados por espessa- King (1) faz uma interessante discussão dos problemas opera- dores de grande diâmetro. Muitas vezes, em regiões acidentadas cionais mais graves encontráveis na operação de espessadores e das (como Minas Gerais, por exemplo), é muito difícil encontrar nas pro- maneiras de controlá-los, cuja leitura é recomendada. ximidades do local escolhido para a usina uma área suficientemente Na parada da usina, as bombas de over e underflow ficam ampla para alojar um ou mais espessadores. gran- operando, recirculando os dois produtos para dentro do espessa- des obras de terraplenagem acabam se fazendo necessárias, com dor, mantendo-o em operação e em regime. custo associado. Quando um espessador convencional deve ser adicionado a uma unidade industrial já existente, então é que os problemas de espaço se fazem sentir de maneira mais aguda. Com a crescente pre- ocupação com a qualidade ambiental, é cada vez mais premente a necessidade de conter os efluentes sólidos e os espessadores são a peça essencial nesta operação. Projetos feitos há 15 ou 20 anos e que não tiveram esta preocupação são pressionados pelo público e pelas autoridades e, muito não têm espaço disponível para instalar o espessador. seu preço: direta do seu porte e dos fatores discutidos acima, espessador é um dos itens mais caros do investi- mento inicial numa usina. Algumas soluções criativas apareceram nos últimos anos e merecem consideração. Dentre elas destacamos espessador de la- melas e os superespessadores. O espessador de lamelas é um conceito novo e que reduz consi- deravelmente a área demandada. Tem tido muito sucesso na com- plementação de unidades já existentes, embora a sua introdução em novos projetos ainda seja lenta, dado conservadorismo imperante nos profissionais da área. O super-espessador tem como premissa bá- sica uso de floculantes para seu desempenho. Isto forçou algu- mas mudanças de projeto e o equipamento resultante difere bastan- te do espessador convencional, especialmente em sua altura aumen- 88 89TEORIA E PRÁTICA DO TRATAMENTO DE MINÉRIOS VOLUME 2 ESPESSAMENTO tada e na área reduzida. Entretanto, a mudança fundamental intro- Orifícios de distribuição do escoamento duzida por este conceito de equipamento é trocar um investimento, Vertedouros Caixa de alimentação que é a diminuição do porte do por um custo operacio- Calha do overflow nal, que é consumo de reagentes. Tanque de floculação Espessador de lamelas No espessador convencional, a partícula, para espessar, tem Tanque de mistura que percorrer todo percurso entre o feedwell e o fundo do tanque. No espessador de lamelas princípio operacional é totalmente dife- rente (figura 22): o volume é dividido por meio de placas inclinadas. A partícula sedimenta até encontrar a superfície de uma placa e, a partir daí, passa a escorregar sobre ela. Superpondo um grande nú- mero de placas, dispostas umas sobre as outras, as partículas sóli- Alimentação das passam a se depositar sobre estas placas, o percurso que cada partícula percorre diminui e a eficiência do uso do volume disponí- vel aumenta consideravelmente. Como mostra a figura 23, até mesmo a clarificação é melhora- da, bastando as partículas sólidas, em seu movimento ascendente, Chute do encontrarem a placa. underflow Underflow Figura 24 Espessador de lamelas (apud catálogo Parkson) too too (contra-corrente) to Os orifícios na descarga do overflow servem para pressurizar a câmara e sua operação se constitui num recurso para controlar a turbidez do overflow. As paredes laterais dispõem de olhais que permitem o controle visual da situação no interior do equipamento. Figura 22 Princípio do Figura 23 Clarificação no Estes olhais permitem também a retirada de amostras da polpa em espessador de lamelas espessador de lamelas diferentes posições dentro do espessador de lamelas. (apud catálogo Denver Sala) (apud catálogo Denver Sala) Existe uma-outra configuração, em con-corrente (figura 25), onde overflow é forçado placas abaixo. Os sólidos depositados separam-se da corrente de líquido na extremidade inferior da placa A polpa entra por uma câmara de alimentação e mistura (figura e o líquido tem toda a altura do espessador para clarificar. 24) (onde floculante é injetado). Na configuração mostrada nesta figura A área útil do espessador de lamelas é, portanto, a somatória (contra-corrente), o movimento da polpa entre as placas é ascendente, das áreas das lamelas (sua projeção horizontal). Como ordem de gran- o overflow descarregando por cima e os sólidos por baixo. Debaixo das deza, ele ocupa apenas 10% da área ocupada por um espessador con- placas há uma tremonha de descarga, onde ocorre uma compressão vencional de mesma capacidade. A figura 26 compara os tamanhos adicional, auxiliada por um vibrador de baixa amplitude. de classificadores convencional e de lamelas para o mesmo serviço. 90 91