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Peneiramento = Screening = Cribado (tamizado) 1.1. Generalidades do peneiramento O peneiramento é um dos métodos mais antigos na área de processamento mineral, até hoje, é usado com aplicação comprovada numa variedade de indústrias e nas mais diferentes áreas. Na área mineral, o peneiramento foi concebido pelo homem tentando separar ou limpar os metais que precisava pois os minerais de interes encontram dispersos na natureza ou em entidades separadas (minérios), por exemplo, as partículas de ouro nativo em rochas silicosas ou combinadas com sulfetos. Industrialmente, define-se peneiramento como sendo o processo de classificação de um material granular pelo tamanho das partículas em duas ou mais frações, mediante uma ou, mas superfícies perfuradas. A pesar que existem uma grande variedade de equipamentos para peneiramento, são poucas as inovações tecnológicas incorporadas aos mesmos. Classificação: na terminologia convencional da preparação dos minerais, significa separação em função dos tamanhos, ou seja, a separação dos fragmentos ou partículas em classes (valores discretos), cada classe compreendendo os tamanhos que estejam entre dois limites definidos, podendo ou não tais limites pertencer a uma escala granulométrica convencional (Figura 1). Série Tyler mm Série ASTM mm Critério granulométrico Tamanho em geral 2 1/2 8,000 4˝ 101,60 Bloco > 1,00 m 4 4,800 4 4,760 Matacão Entre 1,00 a 0,20 m 9 2,000 10 2,000 Pedregulho Entre 0,60 a 0,02 m 35 0,425 35 0,500 Areia Entre 60 a 0,02 mm 100 0,150 100 0,149 Silte Entre 0,06 a 0,002 mm 400 0,037 400 0,037 Argila < 0,002 mm (2µm) Figura1: exemplos dos tamanhos de escalas granulométricas. Undersize: (baixo-tamanho, passante, produto inferior, -) é a fração (classe) de material, constituída por partículas de dimensões (Ø) inferiores à malha (abertura de peneiramento). Ex. undersize a 4˝ significa que o material é inferior à peneira de 4˝ ou é menor à peneira de quatro polegadas. Oversize: (sobre-tamanho, retido, produto superior, +) é a classe de partículas cujos tamanhos são maiores que a abertura ou malha. Ex. oversize a 4˝ significa que o material (o classe) esta sobre a peneira de 4˝ ou é maior à peneira de quatro polegadas. Figura2: modelo de superfície de peneiramento e seus produtos. O peneiramento em seco aplica-se a materiais com pouca umidade natural (< 5%) ou que foram secadas previamente. O peneiramento a úmido é efetuado com adesão de água, fazendo que as partículas sejam arrastadas através da peneira. Os peneiramentos industriais são normalmente efetuados a seco em separações grosseiras, ou seja, cerca de 6 mm (3,5 ASTM) que é a malha comumente considerada o limite inferior de peneiramento eficiente a seco, entretanto é possível peneirar até 1,7 mm (12 ASTM ou 10 Tyler). A úmido, o peneiramento industrial é usualmente aplicado em separações de até 0,4 mm (35 Tyler ou 40 ASTM), sendo possível chegar até 50 µm (270 Tyler e ASTM) como é no caso de desaguamento. No peneiramento a seco, as partículas rolam sobre a superfície da tela e são expostas às aberturas das mesmas por várias vezes, numa verdadeira disputa probabilística na tentativa de encontrar a abertura da tela. Para assegurar a eficiência do peneiramento a seco as superfícies das peneiras são mais longas que as utilizadas a úmido. Nos circuitos de britagem de minérios de ouro no Brasil são empregadas peneiras vibratórias convencionais, constituídas por um chassi robusto, apoiado em molas, um mecanismo acionador do movimento vibratório e um dois ou três suportes para as telas (decks). Tamanho limite: (limiting size) é a menor abertura ou malha pela qual podem passar todos os fragmentos ou partículas de uma dada coleção. Ex. se o tamanho limite é 2,00 mm, isso equivale a 100% passante a peneira de dois milímetros. Bitolamento: enquadramento dos tamanhos entre dois limites definidos, superior e inferior. Assim, o bitolado entre 4˝ e 2˝ significa que o material passa na abertura de 4” e ficam retidos na abertura de 2”. A classificação por tamanho mediante peneiramento é conhecida também como classificação geométrica ou calibragem, por ser realizada pela passagem dos fragmentos (varias formas e dimensões) através de aberturas calibradas. Figura 3: representação das diferentes dimensões de uma partícula. 1.2. Objetivo do peneiramento Os objetivos do peneiramento é preparar o material para a venta ou para um processo a seguir, é um método de análise físico (granulométrica) para o controle da eficiência de outras operações básicas como é a britagem, moagem, concentração e flotação de minérios, também o peneiramento determina o valor (importância) do produto para algumas aplicações específicas. Por exemplo, o peneiramento do carvão representa a base para sua classificação e venta, a padronização da areia e britas que em tamanho e misturas adequadas podem conseguir-se altos níveis de resistência físico- química, a velocidade de reação de um corpo sólido e um fluido depende da superfície da partícula sólida e, a limpeza por peneiramento de excesso de finos aumenta a eficiência na moagem de minérios. 1.3. Aplicações do peneiramento - Depuração inicial prévio ao britagem primário. - Desaguamento. - Lavagem de minério (deslamage). - Recuperação de médios (lavagem de carvões) - Classificação granulométrica de produtos (grossos - intermédios - finos) - Separação de lixos 1.4 Superfícies de peneiramento A superfície de uma peneira é o médio que contem as aberturas para o passo do material de sub- tamanho. As superfícies de peneiramento podem estar formadas por barras fixas ou em movimento, por placas metálicas furadas ou por tecidos de fios metálicos. Considerando a forma do material da superfície de peneiramento os equipamentos podem ser classificados como: A. Grelhas - constituídas por barras metálicas dispostas paralelamente, mantendo um espaçamento regular entre si; B. Crivos - constituídos por chapas metálicas planas ou curvas, perfuradas por um sistema de furos de varias formas e dimensões determinadas; C. Telas (Peneiras) - constituídos por fios metálicos trançados geralmente em duas direções ortogonais. A seleção da superfície aparenta ser simples, mas as superfícies têm que ser fortes para suportar o peso do material que se esta peneirando e o suficientemente flexível para suportar as vibrações aplicadas, porém leves pela relação da área total (gabarito) e área livre (furada). É importante consultar os manuais dos fabricantes pelo fato que estas superfícies se fabricam em diversos tipos, formas e materiais, e adicionalmente com ligeiras modificações. Podem distinguir-se três tipos básicos de superfícies: chapas, telas e barras, as superfícies tecidas representam ao redor dos 75% dos tipos empregados. 1.4.1 Chapas furadas As superfícies de chapas furadas são feitas perfurando aberturas na chapa de aço (comumente) com furadeira ou saca-bocados. Estas superfícies são mais fortes, rígidas e de maior duração que as de tela de arame, porem são mais pesadas e de menor capacidade, limitando sua utilização às classificações grossas. Os materiais empregados são em diversas variedades de aços, aço inox, polímeros ou compósitos e borrachas. As superfícies de borracha oferecem vantagens por: deformar-se temporalmente, menor obstrução, redução do ruído, proteção aos materiais brandos, possibilidade de trabalhar com materiais úmidos, abrasivos e grudentos, e maior resistência á corrosão, as desvantagens são pelo geral na baixa resistência à temperatura, menor área perfurada para o intervalo mais fino e maior custo. O maior consumidor de chapas furadas é a indústriado carvão mineral e os serviços de seguridade industrial. As chapas segundo as aberturas podem ser: - ranhura escalonada nos extremos, ranhura escalonada lateralmente e ranhura alinhadas. - redondas escalonadas e alinhadas - quadradas alinhadas, quadradas escalonadas, - hexagonais escalonadas - retangulares alinhadas Figura 4: representação dos modelos de chapas furadas. 1.4.2 Telas (arame tecido) A fabricação de folhas de arame metálico possibilita a obtenção de uma grande variedade de formas de aberturas, formas de arame, formas de fabricação, relações abertura/arame, bordas e tramado. A seção transversal dos arames é comumente redonda, sendo também utilizadas as de seção quadrada pela relativa maior resistência, nos dois casos é possível aumentar a durabilidade mudando os extremos da tela, pelo fato que o extremo superior é mais exposto à abrasão e impacto da alimentação. A forma mais comum das aberturas é a quadrada, sendo também utilizadas à retangular, estas são eficientes porque vibram suas laterais entupindo menos, também facilitam o passo das partículas placóides (micas, fibrosas), porem a análise granulométrica do passante mostrará partículas até 1,5 vezes maiores que a malha. Para selecionar o material da malha se considera: abrasão, fatiga e corrosão. - aço-carbono para grandes aberturas - aço temperado alta abrasão - aço-manganês fortes impactos - inox, galvanizados, polímeros, bronze para médios corrosivos, úmidos ou peneiramento fino (< 0,850 mm). O jeito de sujeitar a tela no equipamento depende do diâmetro do arame, para diâmetros menores a 2,5 mm, são adicionados reforços metálicos evitando danificar ao esticar a tela, também se aplicam reforços na superfície inferior. Para diâmetros entre 2,5 e 6 mm pode-se enganchar nos extremos. Para diâmetros maiores a 6 mm pode-se soldar uma barra nos extremos retos da tela. Para qualquer superfície é importante dividir em seções para evitar a troca de toda a tela. Figura 5: representação dos modelos de malhas de fios metálicos. 1.4.3 Barras (grelhas, rastelos) Estas superfícies são construídas por um grupo de barras paralelas separadas nos extremos por separadores, são adequados para tamanhos grossos superiores a 25,0 mm. É comum dar-lhes uma inclinação entre 20 e 50º no sentido longitudinal segundo ao material a peneirar. A secção transversal pode ser trapezoidal, com a dimensão maior na parte superior, para evitar o entupimento ou acunhado dos fragmentos. Figura 6: representação da superfície de barras e dos modelos de secção transversal. 1.4.3 Barras (perfiladas) As barras perfiladas são utilizadas tanto em peneiras fixas ou dinâmicas, estas superfícies são fabricadas de barras paralelas soldadas a membros mais robustos, se caracterizam por ter uma superfície lisa e alta resistência ao entupimento. São adequadas para três situações: A- Lavagem de partículas finas e secagem B- Classificação por tamanhos, quando o entupimento é comum C- Beneficiamento de partículas com dimensões alongadas D- Trabalho semi-pesado Figura 7: representação da superfície de barras perfiladas. 1.5 Classificações dos principais equipamentos para peneiramento Figura 8: esquema geral da classificação dos equipamentos para peneiramento industrial. 1.5.1 Crivas estacionarias 1.5.1.1 Criva estacionaria convencional Superfície de barras fixas para serviço pesado. As barras são grossas e colocadas na direção do fluxo, com declives para permitir o transporte pela gravidade. As barras podem separar-se no extremo inferior para evitar o entupimento. Aplica-se na depuração antes do britagem. São equipamentos simples, robustos e dificilmente se entopem. 1.5.1.1 Criva estacionaria de probabilidade Barras divergentes no plano vertical 1.5.2 Crivas de rodelos giratórios Essencialmente consiste de uma superfície fixa de peneiramento, mas a forma não uniforme dos rodelos transporta o material. Utilizado na separação de grossos previa a britagem quando o espaço vertical é reduzido, sendo considerado um transportador. 1.5.3 Superfícies (estacionarias) curvadas para peneiramento fino A alimentação é na forma de polpa, sobre uma superfície curvada de barras fixas, esta superfície pode ser também reta com inclinação até de 300º. As barras se dispõem perpendicularmente ao fluxo. Empregadas para os intervalos de 2 mm ate 45 µm, como na depuração de grossos inadequados para o hidrociclone ou empregadas para desaguamento. É eficiente e de alta capacidade, as densidades dos minerais e o excesso de água podem afetar a separação. 1.5.4 Crivas giratórias A principal característica é que a superfície da peneira gira ao redor de um eixo central. 1.5.4.1 Trômeis Criva cilíndrica com leve declinação com possibilidade de ter varias superfícies concêntricas, o movimento é relativamente lento baixo da velocidade critica (15 a 20 rpm). Empregada em separações tanto em úmido como em seco (10 e 60 mm), são equipamentos simples úteis para separação ou limpeza de grossos. O desgaste é intenso e tem uma baixa utilização da superfície de peneiramento. 1.5.4.2 Centrífugas A criva giratória é disposto na forma vertical e centrifuga as partículas a traves da tela, a velocidade de rotação é superior da velocidade critica (60 a 80 rpm), pode ter movimento leve na vertical 800- 1000 ciclos/min. Utilizada para separações a úmido ou em seco, para partículas entre 12mm a 400µm ou para desaguamento. Este equipamento apresenta forte desgaste interno na superfície de peneiramento. 1.5.4.3 De probabilidade Esta criva giratória contem barras dispostas na forma radial, desarrolhadas para separações de carvão mineral < 6 mm. 1.5.5 Crivas vibratórias Movimento da superfície a altas velocidades, desenhadas para elevar e estratificar a camada de partículas sobre a superfície de peneiramento. 1.5.5.1 Crivas vibratórias de superfície inclinada Superfície de peneiramento inclinada permitindo que o material flua com ajuda das vibrações. As vibrações ocasionam movimentos circulares no centro da superfície e nos extremos dependendo do tipo de vibração. A velocidade é de 600 a 7000 RPM e a amplitude é de < 25 mm. Amplamente utilizada para separações ate de 200 µm chegando ate 38 µm na indústria química e em altas velocidades. Geralmente são de alta capacidade e eficiência, mas esta decresce nos intervalos menores a 200 µm. 1.5.5.2 Crivas vibratórias de superfície horizontal Superfície de peneiramento horizontal e retangular, a vibração lineal deve ter uma componente horizontal para levantar e transportar o material ao longo da criva. A velocidade entre 600 – 3000 RPM, com aplicações similares 1.5.6 Crivas de sacudidas lineais Com movimento lineal divagar essencialmente no plano da peneira promovendo o contato das partículas com a superfície. Pelo geral levemente inclinada e pode contar com varias superfícies (decks). Velocidade entre 30 e 800 RPM e movimento entre 25 – 1000 mm. Requer pouco espaço vertical e energia, eficiente para tamanhos grossos, com alto custo de manutenção e baixa capacidade. Utilizadas na separação de carvão (ate 12 mm) e minerais não metálicos. 1.5.6 Crivas de sacudidas circulares Com movimento circulares do tipo reciprocante, giratória ou giratória com oscilação na vertical. Velocidades entre 500 a 600 RPM, e amplitudes > 25 mm. Utilizadas a úmido o seco, em separações finas entre 12 mm e 45 µm. Bibliografia Sampaio J. A. França S. C. Braga P. F. 2007. Tratamento de Minérios:Práticas Laboratoriais – CETEM/MCT. RJ. 557 p. Brown G. G. 1983. Operaciones básicas de la ingenieria química. Editorial Marin S.A. 290 p. Gupta A. & Yan D. S. 2006. Mineral Processing Design and Operations, an Introduction. First edition, Elsevier. Andery P. A. 1980. Tratamento de minérios e hidrometalurgia. Fundação Instituto Tecnológico do Estado de Pernambuco (ITEP), Recife. Zveriévich V. V., Perov V. A., Andréiev S. E. 1980. Trituración, desmenuzamento y cribado de minerales. Editorial MIR. Moscu. Kelly E. G., Spottiswood D. J. 1990. Introducción al procesamiento de minerales. Noriega editores. 530 p. FAÇO, 1985. Manual de britagem. 4ta edição. Fábrica de aço paulista. SP. 14 Cap. Peneiramento = Screening = Cribado (tamizado) 1.6 Princípios ou fatores do peneiramento (vibratório) Os princípios de peneiramento em peneiras vibratórias são basicamente os mesmos para qualquer emprego. O material ao ser lançado sobre a caixa de alimentação ou diretamente sobre a superfície de peneiramento perde sua componente vertical de velocidade, sofrendo alterações na direção de deslocamento. Por vibração, a camada de material tende a desenvolver um estado fluido. Uma vez o material sobre a superfície de peneiramento lhe ocorre processos que modificam o comportamento das partículas influenciando à eficiência do peneiramento. Os fatores que influem no comportamento das partículas são: - a área e a forma da superfície de peneiramento - o tipo de superfície - inclinação da superfície - umidade do material - forma da partícula, sua natureza física (densidade, dureza, porosidade, friabilidade, ângulo de repouso, higroscopicidade, abrasividade, carga elétrica) e a presença de material argiloso. - porcentagem de partículas de dimensões próximas à malha (granulometría da alimentação) - fluxo da alimentação e a espessura da camada de material sobre a superfície (estratificação) - porcentagem da área aberta, isto é, a relação entre a soma das áreas das aberturas e a área total da superfície (tipo de superfície) - ângulo de incidência da alimentação É compreensível a dificuldade para desenvolver um cálculo teórico para peneiramento tomando em conta tantos fatores, esta situação favorece a que o usuário acate principalmente as recomendações dos fabricantes e às aproximações empíricas dos testes. Para poder peneirar, uma peneira de exercer três ações independentes e distintas sobre a população que é alimentada a ela: 1- deve transportar as partículas de uma extremidade do deck à outra (deck ou superfície da peneira) 2- deve estratificar o leito de modo que as partículas maiores fiquem por cima e as maiores por baixo. 3- peneiramento 1.6.1 Estratificação É o processo que ocorre na camada de material, por efeito do movimento vibratório, ao deslocar-se sobre a superfície de peneiramento, pelo qual as partículas menores, escoando através dos vãos criados pelas partículas maiores, encaminham-se para a parte inferior da camada, indo de encontro com a superfície de peneiramento, enquanto as partículas maiores se deslocam na parte superior da camada. Os fatores inter-relacionados que afetam a estratificação são: A- Forma de percurso do material: função da estratificação do material, espessura da camada, características de funcionamento da peneira. B- Características de funcionamento: amplitude, inclinação, direção de rotação, tipo de movimento e freqüência. C- Umidade superficial das partículas: alta umidade impede a estratificação. 1.6.1.1 Espessura da camada de peneiramento Pelo motivo que a espessura da camada depende da rapidez do fluxo ao longo da peneira, é difícil seu calculo, porém, baixo algumas considerações, são proporcionais à rapidez de alimentação, sendo, expressadas estas capacidades em toneladas, por metro quadrado, por hora e por milímetro de abertura. A capacidade das peneiras diminui rapidamente com a diminuição da malha, porque nos peneiramentos de materiais finos o entupimento é mais freqüente, pela umidade, aderência e aglomeração de finos. Figura 9. Representação de uma peneira vibratória horizontal, onde se amostra uma secção estratificada da camada. Esta peneira se assume de longitude infinita com uma alta eficiência (> 90%). De uma maneira geral, quanto mais larga a peneira, maior sua capacidade, e, quando mais cumprida, maior será sua eficiência, como referência, três minutos de agitação de um peneiramento em laboratório corresponde ao percurso de uma camada sobre um deck (superfície) de 60 metros de cumprimento. A segregação e estratificação é um fenômeno que a vibração faz que as partículas menores se desloquem ate o fundo da peneira e as maiores se elevem até a superfície da camada. É difícil antecipar a espessura da camada de peneiramento, mas esta aceitada que sobre o deck se formam três regiões: (I) região de baixo fluxo, pela presença de grossos e falta de segregação. (II) região com máxima rapidez de fluxo, não existe muito rebote das partículas, formação de uma monocamada. (III) região com poucas partículas para formar monocamada, baixa velocidade de fluxo e movimentos sem restrição. De forma pratica a espessura da camada da alimentação sobre o deck não deve exceder a 4 vezes a abertura, para o material que tenha uma densidade de 1.600 Kg/m3, ou 2,5 a 3 vezes a abertura para um material de densidade aparente de 800Kg/m3. Deck da peneira Alimentação Percurso da camada Secção da camada Quantidade de material passante à peneira Figura 10. Representação de uma peneira vibratória inclinada, com detalhe das três regiões (I, II e III) e da camada de peneiramento. 1.6.1.2 Características de funcionamento As peneiras vibratórias são construídas por um chassi robusto, apoiado em molas, um mecanismo acionador do movimento vibratório e um, dois ou três suportes para as telas (decks). Os decks podem ser de barras, chapas, telas ou uma alternação destas nessa ordem. Os decks de abertura pequena, geralmente são leves e precisa estruturas de apoio baixo o deck. Figura 11. Peneira de três decks, e estruturas de reforço nas telas de peneiramento. As peneiras vibratórias inclinadas têm inclinações variando entre 15° e 35° e transportam o material do leito a uma velocidade de 18 a 36 m/min, dependendo da inclinação. Por enquanto as peneiras horizontais transportam o material à velocidade de 12 m/min. I II III a - b: estratificação próxima à extremidade de alimentação b - c: peneiramento saturado c - d: separação por constantes tentativas e: material heterogêneo f: faixa de grossos g: faixa de finos h: deck da peneira a b c d e f g h f g h Velocidade de fluxo Tabela. Relação entre o ângulo de inclinação do deck e o tamanho das aberturas. Ângulo (°) 20 19 15 10 Malhas (polegadas) 6 a 4 4 a 1 21/2 a 1/2 1 a 1/8 As peneiras vibratórias horizontais têm um movimento retilíneo, com um mecanismo diferente ao sistema vibratório das inclinadas: - a capacidade de uma peneira horizontal é 40% maior que a de uma peneira vibratória de mesma área. - a faixa que funciona é muito restrita: 21/2 a 1/8 a seco a 48# a úmido - o movimento retilíneo é mais enérgico que o circular e em decorrência a tela tende a entupir menos. - em faixas menores às descritas, o equipamento tende a funcionar eficientemente como um desaguador, deixando a maior das partículas sólidas sobre o deck. A utilização de peneiras horizontais pode ser motivada pela falta de espaço vertical e restrita a uma faixa de tamanho. Há uma relação direta entre a freqüênciae a amplitude adequadas a cada faixa de peneiramento. São usadas freqüências entre 500 e 2.500 rpm e amplitudes menores que 10 mm e entre 25 e 500 rpm e amplitudes entre 15 e 30 mm, para peneiras de trabalho pesado. Para peneiramento fino, as freqüências são muito mais elevadas ate 7.200 rpm. Os mecanismos que fornecem os movimentos de amplitude e freqüências são variados e exigem conhecimentos de mecanismos como mancais, molas, contrapesos, motores elétricos descentrados, etc., que não serão discutidos nesta aula. Tabela. Relação entre o ângulo de inclinação do deck e o tamanho das aberturas (valida para peneiras inclinadas convencionais). Malhas 4” 3” 2” 1” ½” ¼” 10# 14# Rotação (rpm) 800 850 900 950 1000 1400 1500 1600 Amplitude (mm) 6,5 5,5 4,5 3,5 3,0 2,0 1,5 1,0 Existem peneiras horizontais (pelo movimento retilíneo) que tem inclinação negativa, aumentando o tempo de residência dos materiais finos (formando um cavalete) sobre o deck e em conseqüência aumentando a eficiência do peneiramento. Tabela. Exemplo de relação entre freqüência e amplitude adequadas a uma faixa de peneiramento, considerando que se peneira um material seco e de densidade aparente de 1,6 t/m3. Malhas de peneiramento (horizontal) Amplitude (“) Freqüência (c.p.m.) < 10” 4 a 10” ½ a 4” 1 a ½” 2 a 1” 4 a 2” 3/8 950 C P P A P P 7/16 900 C A P P P P ½ 850 C P A P P P 5/8 800 C P A A P P 3/4 750 C P P A A P C: Consultar fabricante; P: Preferido; A: Aceitável ( ) ( )2 2 ba dap + −= 2 2 2 2 )( )( ba a a dap + × − = 1.6.1.3 Umidade da alimentação A umidade em um material a ser peneirado pode ou não modificar o tratamento deste, pois o material pode apresentar umidade natural tolerável (material seco), depender das condições do clima (chuva ou sol), ser peneirado na forma de polpa (úmido), receber lavagem sobre a peneira (com sparys) ou simplesmente não influenciar nos peneiramentos de materiais grossos. As operações de peneiramento podem ser feitas com ou sem lavagem do material sobre a tela, mas, esta consideração pode ser definida durante a fase de testes do projeto. Um minério com pouca argila e sem pegar umidade durante seu transporte pode ser peneirado sem lavagem nas frações grossas ate mesmo ¼ de polegada (1 polegada = 25,4 mm). Se o minério apresenta alta porcentagem de finos, o peneiramento sem lavagem é impossível nas peneiras finas a partir de ¾ de polegada. Em seqüência os problemas de aumento da umidade poderiam ser ordenados: - dificuldade de estratificação - os finos desde 1 mm se aglomeram - os finos se aderem aos grossos - a camada não estratifica e a faixa granulométrica é totalmente alterada - entupimento da peneira (cegamento) De uma forma geral os materiais totalmente secos ou totalmente molhados não dão problemas no peneiramento, mas um material com baixos contidos de água (< 5%) e enquanto mais finos podem sofrer graves cegamentos plásticos. O uso direto de lavagem sobre a peneira às vezes coincide com o tratamento posterior do material, como classificação, flotação, moagem a úmido, hidrometalurgia, etc., fora destes casos, o uso de lavagem representa custos elevados para retirar a umidade como é filtragem, classificação, espessamento, desaguamento, etc. 1.6.2 Probabilidade de separação É o processo das partículas introduzirem-se em aberturas e serem rejeitadas se maiores que a abertura ou passarem através dela se fossem menores. A probabilidade de separação esta relacionada com as dimensões relativas dos grãos e da malha. Seja uma malha quadrada de abertura ‘a’ e diâmetro do fio ‘b’. A probabilidade de passagem de uma esfera de diâmetro ‘a’, caindo perpendicularmente à superfície será a seguinte (desconsiderando o fato que ela pode-ser rebatida pelo fio na batida): Tomando em conta à dimensão relativa da esfera à abertura (d/a) e o diâmetro do fio (b), poderíamos observar que o número de ‘p’ varia com o número de chances como segue (Gaudin): 10 chances (poucas) 100 chances (peneira vibratória) d/a b = a b = ¼ a b = a b = ¼ a 0,0 99,0 100 100 100 0,1 97,7 100 100 100 0,6 57,0 86,2 99,9 100 0,80 20,8 43,0 90,2 99,4 0,99 0,1 0,2 0,7 1,8 1,00 0 0 0 0 Grades b=a Grades b = ¼ a É importante considerar que no peneiramento industrial as grades não permitem peneirar eficientemente partículas menores muito próximas à abertura ‘a’, assim pode-se assumir que o tamanho de corte efetivo de uma peneira pode estar em volta de ‘d/a = 0,8, ou a(0,8)’. isto também inclui a diminuição do tamanho de produto a uma abertura equivalente pela inclinação que possa ter a superfície da peneira (equivalente ao análise granulométrico do passante D80% e D95% que tratamento de minérios é considerada o tamanho máximo das partículas). Então é comum que as aberturas (medidas em laboratório) dos furos da peneira sejam um pouco maior que as especificações dadas para essa peneira, dando na prática que em um produto (undersize) exista entre 3 a 5% de sobre-tamanho, é importantes controlar inicialmente e periodicamente o tamanho do produto para definir o tamanho e as modificações que possam ter pelo desgaste dos fios. A probabilidade de separação de uma dada partícula é função da relação entre o seu tamanho (d) e a abertura da tela (a). Quanto maior for a diferença entre ambos, mais facilmente passam ou são rejeitadas pela tela e vice-versa. As partículas de tamanho d > 1,5 (a) têm reduzida importância para o resultado do peneiramento. A quantidade relativa desta influi principalmente no desgaste e na energia consumida. As partículas de tamanho d < 0,5 (a) são também de menor influencia, uma vez que atravessam facilmente as malhas. As partículas de tamanho entre 0,5 (a) > d < 1,5 (a) são chamadas de classe critica, determinam tanto a eficiência como a capacidade da tela, pelo fato que: As partículas entre 0,5 (a) < d < 1,0 (a) muitas vezes necessitam de várias tentativas para conseguir passar pela abertura da tela. As partículas 1,0 (a) < d < 1,5 (a) entopem grande número de malhas antes de saírem da tela como material retido. Tabela de relação aproximada entre tamanho do produto e da malhas nas peneiras (consultar manual de britagem da METSO cap. 5 pag. 5-13). Tamanho do produto medido em laboratório Tipo de tela e forma de abertura Arame furo quadrado Arame abertura retangular (1/3) Plástico, borracha placa de aço furo quadrado Plástico, borracha placa de aço abertura retangular (1/3) mm mm mm mm mm 2 3 1,5x5 4,5 2x6 3 4 2x6 6 2,5x8 4 5 3x9 7 4x12 5 6,5 4x12 8,5 5x15 6 8 5x15 9,5 6x18 8 10 6x18 12 8x24 10 12,5 8x24 14,5 10x30 12 15 9,4x30 17 12x36 14 17 11x33 19 14x42 16 19 12x36 21,5 16,5x50 1.6.3 Superfície da peneira A superfície de peneiramento pode aumentar a probabilidade de passagem segundo as dimensões das partículas, uma superfície retangular invés da quadrada aumenta as probabilidade de passagem, ainda mais se as partículas foram na forma de lajes. Figura 12: Influencia da forma e dimensão ‘d’ das partículas comparadas com o tamanho da abertura da peneira ‘a’. 1.6.3.1 Porcentagem de área aberta Para escolher um tamanho específico de abertura é necessário conhecer o tamanho de partícula a ser separada, sendo logo mais difícil a seleção do diâmetro do arame (ou barra), pois enquanto seja menor este diâmetro, maior é a porcentagem de superfície furada disponível e conseqüentemente maior a capacidade por unidade de área (maior oportunidade de passo das partículas maior eficiência). Por enquanto um arame mais grosso é mais resistente à ruptura, tensãoe desgaste maior tempo de vida. Com maior superfície nos arames é maior a possibilidade de gruda- mento de finos e úmidos produzindo cegamento da peneira. Novamente o análise granulométrico da alimentação determinará a proporção de partículas 1 e 1,5 vezes a abertura que é a faixa de tamanhos que mais problemas de entupimento das peneiras. Na pratica á área furada de uma peneira que produze um mínimo de custos de operação estão entre o 20% e 80%. 1.6.3.2 Forma de abertura A malha de referencia habitual é a quadrada, mas, como foi já mencionada, uma malha retangular, de largura ‘a’, pode ser considerada como aproximadamente equivalente a uma malha quadrada de largura 1,1(a). Para que essa regra se aplique, é necessário que a tela (malhas) não se deforme. Existem superfícies de arame trançado de secção retangular alongada, que tem a vantagem de não entupirem facilmente, porque pela vibração secundária dos fios, a malha pode se abrir, deixando passar as partículas; nestes casos, a malha quadrada equivalente pode chegar a até 1,5(a). Malhas retangulares têm maior porcentagem de área aberta; por outro lado, a probabilidade de passagem dos grãos através das aberturas retangulares é maior que através de aberturas quadradas de mesma largura, e por tanto tem maior capacidade por unidade de superfície. Constata-se que para uma malha retangular de comprimento de malha igual a seis vezes a largura, a capacidade da superfície é aproximadamente o dobro. As ranhuras retangulares que ocorrem longitudinalmente ao fluxo maximizam a capacidade da peneira e o tamanho de corte, mas o desgaste da superfície é maior. As superfícies de chapas furadas com aberturas circulares proporcionam um peneirado mais exato, sendo que para igualar ao tamanho de separação das superfícies quadradas, as aberturas da chapa têm que ser de 10 a 40% maior que das quadradas. Para aumentar a proporção de superfície furada, é necessário escalonar os furos, esta apreciação é utilizada para qualquer perfuração em chapas. 1.6.3.3 Tamanho da superfície de peneiramento A capacidade é quase diretamente proporcional à largura da peneira. Um maior comprimento proporciona uma maior oportunidade de passo das partículas aumentando a eficiência e um pouco mais a capacidade de processamento. Experimentalmente se recomenda que o comprimento da peneira deve-ser dois ou três vezes a largura, sendo que também deve-ser considerado o espaço ocupado. Figura 13. Gráfico que representa o efeito de utilizar peneiras de diferentes comprimentos na velocidade de alimentação (t/h) e na eficiência de peneiramento (%). 1.6.3.4 ângulo de inclinação (declive do deck) À medida que se aumenta a inclinação da peneira a abertura reduza-se efetivamente com o ângulo de declive. Ao mesmo tempo o material se movimenta mais rapidamente pela peneira com uma melhor estratificação. Camada delgada de minério + maior estratificação eleva a eficiência Baixo tempo de permanência do minério + abertura efetiva decrescente diminui a eficiência A maioria das peneiras trabalha efetivamente com ângulos entre 12 e 18° , outras trabalham com ângulos reduzidos ou ângulos negativos (horizontais) e no caso das eletromagnéticas (alta freqüência) com inclinações ate 35°. Comprimento de 0,8 m Comprimento de 1,6 m Comprimento de 2,4 m Figura 14. Efeito da inclinação da superfície de peneiramento na redução da abertura efetiva. 1.6.3.5 Movimento da superfície de peneiramento O objetivo do movimento da peneira é expor às partículas várias vezes e de forma consecutiva às aberturas da superfície de peneiramento, alem disso este movimento e a gravidade afeta ao transporte do material ao longo da peneira. Não é errado classificar as peneiras pelo movimento, a diferença da classificação de inclinadas ou horizontais. Tabela. Relação entre o tipo de movimento e suas aplicações. Peneira de movimento: Característica Aplicação comum Vibratório Superfícies horizontais e inclinadas vibradas a alta freqüência 100 a 7000 Hz Pela elevada capacidade e eficiência são utilizadas em uma longa gama de aplicações Oscilantes Freqüências mais baixas, 100 a 400 Hz, com um percurso mais longo e lineal. Alternativo Acionados com um percurso longo e baixa freqüência 20 a 200 Hz, com movimento de agitação. Transportação e peneiramento simultâneo. De desvio Movimento circular no plano da superfície da peneira, sendo o movimento real: circular, giratório ou giratório vibrado. Peneiramento de pó fino a úmido ou seco. De rotação Inclinados, cilíndricos, rodados a baixas velocidades 10 a 20 rpm. Peneiramento úmido de material grosso (recuperação de médios). Nas peneiras de movimento na vertical tem um numero de fatores que contribuem à eficiência máxima: - pulo do material sobre a superfície - escoamento ao longo da superfície - abertura e freqüência devem ser grandes para evitar cegamento, mas não muito como para perder oportunidades de passagem. - as máximas trajetórias das partículas devem ocorrer no final do deck. A freqüência deve diminuir e a amplitude deve aumentar quando aumenta a abertura da peneira. Inclinação da peneira: X < W ; X= W x Cosα Figura 15. Correspondência entre a eficiência do peneiramento, da amplitude e da freqüência da vibração. As peneiras vibratórias inclinadas têm um movimento vibratório circular ou elíptico. Este movimento faz com que as partículas sejam lançadas para cima para frente, de modo que possam encontrar a tela varias vezes, tentando passar em sucessivas aberturas. O sentido de rotação pode ser na mesma direção do fluxo do oversize (pro - fluxo), ou ao contrario, nesta situação chamada de contra-fluxo, se diminui a velocidade de escoamento do oversize, mais se ganha maior eficiência no corte, pelo fato que as partículas têm maiores chances de atravessar o deck. Figura 16. Representação do tipo de movimento circular na peneira vibratória inclinada e do movimento em linha reta na peneira vibratória horizontal. Nas peneiras de movimento horizontal, a velocidades baixas a eficiência do peneiramento é alta o cegamento é recorrente., ao contrario a velocidades altas o cegamento diminui a eficiência é baixa pelo fato que as partículas tem dificuldades de chegar até a superfície da peneira para passar. 1.6.5 Distribuição da alimentação A distribuição do material sobre a peneira influi na eficiência desta, é importante observar como o material é distribuído, tratando que toda a superfície de peneiramento tenha utilização e o material seja espalhado uniformemente sobre este. Pode mencionar-se que os complementos são importantes como caixas de alimentação, distribuidor, transportador, amplitude de movimento, RPM, etc. Amplitude Freqüência 1.7 Peneiramentos na trituração O peneiramento na trituração conforma os esquemas de britagem. As operações de trituração se empregam para preparar os minérios para a moagem ou para sua utilização direta nas operações de concentração. O emprego de peneiramento na trituração forma os seguintes esquemas: a- peneiramento prévio, trituração e peneiramento de controle b- peneiramento prévio e trituração c- trituração e peneiramento de controle d- trituração com peneiramento prévio e de controle simultâneo (A) (B) (C) (D) Figura 17: Esquemas tecnológicos de peneiramento na britagem. O número de etapas de britagem durante a preparaçãode minérios deve-ser igual a dois ou três. As operações de peneiramento prévio são utilizadas para reduzir as quantidades de material alimentado às britadores e aumentar a mobilidade do material na zona ativa do britador, necessário nos casos de britadores cônicos. A aplicação do peneiramento prévio (primeira etapa) aumenta custos e ao sistema de britagem (cargas redundantes), sendo utilizadas no caso que a classe de material peneirável seja alta ou a umidade desta classe influía no produto. Nas segundas etapas de britagem é prevista na maioria dos esquemas, mas, deve-se analisar se nos produtos para as terceiras etapas, o rendimento de britagem seja elevado, podendo eliminar-se este peneiramento prévio. Nas terceiras etapas é previsto o pré-peneiramento em todos os casos além de adicionar também o peneiramento de controle. Resumindo: o peneiramento prévio à primeira etapa não são comuns; o peneiramento prévio na segunda etapa, sua eliminação deve-ser fundamentada; o peneiramento prévio na terceira etapa é comum. + - + - + - + - + - As operações de peneiramento de controle têm o objetivo de retornar ao britagem o excesso de tamanhos. Para obter o produto fragmentado de tamanho ótimo, para o funcionamento econômico dos moinhos de barras e bolas, deve-se programar o peneiramento de controle na ultima etapa da britagem. Bibliografia consultada Sampaio J. A. França S. C. Braga P. F. 2007. Tratamento de Minérios: Práticas Laboratoriais – CETEM/MCT. RJ. 557 p. Brown G. G. 1983. Operaciones básicas de la ingenieria química. Editorial Marin S.A. 290 p. Gupta A. & Yan D. S. 2006. Mineral Processing Design and Operations, an Introduction. First edition, Elsevier. Andery P. A. 1980. Tratamento de minérios e hidrometalurgia. Fundação Instituto Tecnológico do Estado de Pernambuco (ITEP), Recife. Zveriévich V. V., Perov V. A., Andréiev S. E. 1980. Trituración, desmenuzamento y cribado de minerales. Editorial MIR. Moscu. Kelly E. G., Spottiswood D. J. 1990. Introducción al procesamiento de minerales. Noriega editores. 530 p. FAÇO, 1985. Manual de britagem. 4ta edição. Fábrica de aço paulista. SP. 14 Cap. METSO 2005. Manual de britagem. 6ta edição. Metso-Minerals. SP. 14 Cap. Razumov K. A. & Perov V. A. 1982. Proyectos de fábricas de preparación de minerales. Editorial MIR. Moscu. 544 p. (na próxima aula dimensionamento)
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