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CURSO TÉCNICO EM MINERAÇÃO CETEP CENTRO TERRITORIAL DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL DO PIEMONTE NORTE DO ITAPICURU BENEFICIAMENTO DE MINÉRIO COMINUIÇÃO E CLASSIFICAÇÃO MODULO IV PROF. REGINALDO SANTOS SOARES TÉCNICO EM MINERAÇÃO ANDORINHA – BA , BRASIL MARÇO 2012 CURSO TECNICO EM MINERAÇÃO CETEP MATÉRIA: COMINUIÇÃO E CLASSIFICAÇÃO PROFESSOR: REGINALDO SANTOS SOARES I - BENEFICIAMENTO DE MINÉRIOS O beneficiamento de minérios (ou processamento mineral) corresponde ao tratamento de matérias primas provenientes da crosta terrestre, pôr métodos que em geral preservam a identidade física e química dos minerais que as compõem, obtendo a recuperação de produtos de interesse comercial. As diversas operações que compõem o processamento mineral podem ser agrupadas da seguinte forma: COMINUIÇÃO E CLASSIFICAÇÃO. COMINUIÇÃO: DEFINIÇÃO: Engloba as operações de britagem e moagem que são executadas para promover a liberação de componentes de interesse do minério (pôr exemplo, ouro no quartzito) ou apenas para deixar o minério numa granulometria adequada (como no caso das britas produzidas pelas pedreiras). OBJETIVO: No caso de materiais (ou minérios) heterogêneos, a cominuição objetiva a liberação dos minerais valiosos dos minerais de ganga. No caso de materiais (ou minerais) homogêneos, visa sua redução até o tamanho adequado para sua utilização. ESTÁGIOS: A cominuição compreende os seguintes estágios: I. Extração da mina – Com uso de explosivos gerando blocos de grandes dimensões; II. Britagem – Com o intuito de se obter um material de tamanho adequado para diversas finalidades, por exemplo, moagem; III. Moagem – para se obter um produto de tamanho adequado á concentração ou a qualquer outro processo industrial, por exemplo, pelotização, lixiviação, entre outros. 2 ASPECTOS TEÓRICOS: Os materiais sólidos, como os minerais, são constituídos por cristais arranjados em uma rede cristalina, onde os átomos encontram-se firmemente unidos por forças de ligação. Para vencer essas forças de ligação requer-se obviamente de uma grande energia, que pode ser fornecida através de dispositivos mecânicos. A principal finalidade de cominuição é a fragmentação de sólidos através da aplicação de forças mecânicas. A quebra é causada por elevações de tensões que propiciam o surgimento de “falhas” no interior do sólido. Uma partícula quebra quando as elevações de tensões nas “falhas” alcançam um nível crítico, isto é, quando o limite de ruptura é ultrapassado, as forças podem ser aplicadas ao sólido por cargas de tensão ou de compressão. MECANISMOS DA COMINUIÇÃO: Para que uma partícula seja fraturada é necessário que seja submetida a uma força que exceda sua resistência ( “limite de ruptura”). O mecanismo pela qual a partícula se fratura depende de sua natureza e da forma como a força é aplicada. Existem três principais mecanismos de fratura: - COMPRESSÃO - Ocorre quando a força é aplicada de forma lenta e com o aparecimento da fratura o esforço é aliviado. Neste tipo de fratura, a força é pouco superior á resistência da partícula. Na quebra por compressão, os produtos são os produtos se apresentam em duas faixas de tamanho: partículas grosseiras resultante da quebra propiciada pela tensão, e partículas finas geradas por compressão. Este tipo de fratura ocorre em britadores de mandíbulas, giratórios, cônicos e em moinhos quando as partículas são comprimidas entre os corpos moedores ou entre partículas de maior tamanho. - IMPACTO - Ocorre quando a força é aplicada de forma rápida e em intensidade muito superior á resistência da partícula. O produto apresenta- se com partículas de tamanho e forma semelhantes e em granulometria fina. Este tipo de fratura ocorre em britadores de impacto ou de martelos e em moinhos, nas zonas de queda das bolas ou barras. - ATRITO OU CISALHAMENTO – Esse tipo de fratura é causado pelo atrito entre partículas ou do corpo moedor com as partículas. Ocorre quando a força aplicada é insuficiente para provocar surgimento de pequenas fraturas, gerando produtos com granulometria fina. 3 BRITAGEM: DEFINIÇÃO: É o conjunto de operações físicas que objetivam a fragmentação de blocos do minério extraído da mina, adequando-os a uma determinada granulometria para uso direto ou para o seu processamento. A britagem se aplica a rochas com tamanhos que variam desde 10 mm até 1000 mm. ESTÁGIOS DE BRITAGEM A britagem é normalmente realizada em três estágios, sendo que essas etapas dependem da granulometria do material. • Britagem primária (grosseira) • Britagem segundaria (intermediaria) • Britagem terciária (fina) BRITAGEM PRIMÁRIA: A Britagem primária aplica-se diretamente ao material minerado, ou a qualquer outro material grosseiro e consiste de uma ou varias etapas de aplicação de pressão ou de impacto sobre o material com tamanho de partícula adequado para ser alimentado a um equipamento de moagem primaria. O tamanho máximo difere substancialmente com o equipamento empregado, e o produto obtido. Nesta etapa, o material extraído da mina a ser britado deve ter um tamanho inferior a 1000 mm. A britagem e sempre realizada a seco e a razão de redução é de 8:1. Os equipamentos empregados são britadores de grandes dimensões. É o tamanho máximo do material que alimenta o britador é denominado de “Top size”. Os britadores usados na britagem primária são: britador de mandíbula, britador giratório, britador de impacto e britador de rolos dentados. BRITAGEM SECUNDÁRIA: Se denomina a toda operação de britagem subsequente á britagem primária. Usualmente, a britagem secundária visa reduzir a granulometria do material adequando-a para moagem. Geralmente esta etapa é realizada a seco e com separação prévia da fração fina da alimentação esta separação dos finos antes da britagem denomina-se de “escalpe”. Os equipamentos utilizados na britagem secundária são: britador giratório, britador cônicos, britador de mandíbulas britador de impacto (ou de martelo) e o britador de rolos. BRITAGEM TERCIÁRIA: È a operação subsequente a britagem secundária. Os equipamentos usados são os britadores cônicos. 4 Historicamente podemos afirmar que a fragmentação de rochas e uma atividade que vem sendo desenvolvida pelo homem desde as épocas mais remotas. A conformação de rochas e a fabricação de cimento possivelmente foram às primeiras atividades da engenharia. Os primeiros britadores que se assemelhavam com os da atualidade foram os chamados “stamp mills” e as máquinas para trabalho pesado para moagem de milho na fabricação de farinha. Na atualidade os principais equipamentos de britagem são: • Britadores de Mandíbulas; • Britadores Giratórios; • Britadores Cônicos. A Britagem é o primeiro processo de fragmentação e o número de estágios de britagem é definido pela granulometria da entrada e pela qualidade do produto final, o controle mais preciso do tamanho e forma dos fragmentos aumenta nos estágios secundário, terciário e quaternário (produção de areia) O processo de britagem é muito ineficiente, sendo responsável por boa parte da energia consumida no beneficiamento mineral. Britadores móveis permitem maior flexibilidade e diminuem o trafego dentro da mina. EQUIPAMENTOS: A seguir, será descrita as características e o funcionamento de cada um desses equipamentos citados a cima 5 BRITADOR DE MANDÍBULA Características – Compõe-se de uma mandíbula fixa e de outra móvel ligada a um eixo. Nos britadores de umeixo, o movimento da mandíbula é elíptico e nos de dois eixos o movimento é pendular. Os produtos a ser gerados são definidos em função do ajuste do “gape”. O “Gape” é a abertura da boca de descarga da boca de descarga do britador. Em média, a razão de redução neste tipo de britadores é de 5/1. Os britadores de um eixo e de dois eixos se diferenciam quanto á sua construção, peso e principalmente quando ao movimento de mandíbula: - Britador de um eixo excêntrico solidário com a mandíbula móvel. Pôr isso está recebe em sua extremidade superior um movimento circular. A abanadeira. Na extremidade inferior contém este movimento. O movimento resultante além da aproximação – afastamento. Já mencionada tem um componente vertical em que a mandíbula móvel se move para baixo durante a aproximação e para cima durante o afastamento. - Britador de dois eixos transmite o movimento excêntrico a uma biela. Está contida por duas abanadeiras tem um movimento oscilatório só na direção vertical. O movimento transmitido á mandíbula móvel é portanto puramente de aproximação – afastamento. Sendo que o desgaste abrasivo desses britadores é muito menor em relação aos de um eixo. Capacidade – adequado para produção média, até 1000 t/h e para britagem primária de blocos de grandes dimensões e de elevada dureza ou abrasivos. E só é recomendado para matérias úmidos quando não se requer a geração e grandes quantidades de fio. 6 BRITADOR GIRATÓRIO Características – Consiste de uma câmara de fragmentação em forma de cone dentro da qual está disposto um eixo ligado a um cone invertido. Esse eixo central, que possui um movimento circular, permite que o cone tenha um movimento de aproximação e de afastamento em relação ás paredes da câmara de fragmentação. O movimento circular do cone, cuja velocidade é de 85 a 100 rpm, viabiliza que toda área da carcaça seja usada na operação de britagem. É mais operacional que o britador de mandíbulas já que pode ser alimentado por qualquer lado da boca de alimentação. Em media possui uma razão de redução de 8:1. É pouco adequado para materiais úmidos. Capacidade – É recomendado para casos em que exista uma grande quantidade de material a ser fragmentado. Adequado para capacidade de produção média e alta. A britagem é feita por compressão entre o manto e a da câmara.. Em relação aos britadores de mandíbulas, o britador giratório apresenta uma maior eficiência devido á ação contínua de britagem. Outras características desse tipo de britador, quando comparado com outros,são: - Maiores aberturas de entradas para mesma abertura de saída; - Maiores capacidades para a mesma abertura de saída; isso o faz preferido em instalações de grande porte; - Dispensa o uso de alimentador podendo operar afogado e com basculamento direto dos caminhões; - Para uma mesma abertura de entrada e mesma capacidade permite obtenção de produto mais fino que no caso de britador de mandíbulas. Isso pode levar a uma redução do número de estágios da britagem; REBRITADOR GIRATÓRIO Semelhantes aos britadores primários, porem com relação diâmetro do cone para abertura da boca mais elevada. São pouco usados tendo sua aplicação praticamente restringida a instalações de porte muito grande, quando o produto do britador primário dada a grande abertura de saída do mesmo não é adequada á alimentação de britadores de cone 7 BRITADOR CÔNICO Características – Este britador é similar em funcionamento ao britador giratório. No britador cônico, o cone apresenta uma superfície mais longa e paralela para garantir maior tempo de retenção das partículas na câmara de fragmentação. Contrariamente ao giratório, o britador cônico apresenta uma combinação simultânea nos deslocamentos do cone, isto é além do movimento circular, possui também um movimento vertical do cone, para cima e para baixo permitindo a descarga do produto. É o tipo mais usado para britagem secundária e terçaria. Esse fato faz com que no caso do britador de cone, seja importante na granulometria do produto e na capacidade a abertura da saída na posição fechada, contrariamente ao que ocorre nos britadores giratórios e de mandíbulas, em que o que importa é a abertura de saída na posição aberta. No britador giratório a descarga se dá pela ação da gravidade; no de cone a descarga é condicionada pelo movimento do cone. A abertura de saída é controlada através de um abaixamento ou elevação do cone que em alguns britadores são feitos através de dispositivo hidráulicos. É importante saber qual tipo de material vai ser britado, para uma escolha da câmara mais apropriada á aplicação prevista ao recebimento de alimentação do britador grossa, média ou fina. Assim se alimentação foi muito fina para a câmara escolhida, haverá uma concentração do material na parte inferior do britador, do que decorrerão: aparecimento de esforços excessivos: redução de capacidade, pois aparte superior não trabalha: desgaste excessivos devido á concentração de esforços. Pôr outro lado se alimentação for muito grossa para câmara escolhida aumenta muito o risco de entupimento da entrada. Com a escolha da câmara apropriada tem-se uma eficiência máxima do britador e um rendimento máximo do revestimento antes da troca. 8 C CÂMARAS Câmara Ajuste mínimo Abertura de alimentação Extra grosso 28 mm 237 mm Grosso 25 mm 203 mm Médio 16 mm 158 mm Fino 10 mm 116 mm Extra fino 8 mm 67 mm OUTRAS CARACTERÍSTICAS Britador cônico é de alta eficiência e pressão hidráulica, é amplamente usado em mineração e fabricação de concreto e de areia, entre outros setores. A capacidade de resistência à pressão é de 350 mpa, e pode ser utilizada na britagem primária de diversos tipos de minérios e rochas, tais como concreto, material ignífugos, bauxita, quartzito, corundo, perlita, basalto, etc. O equipamento permite ajustar o tamanho do produto final. O desenho especial da câmara de britagem e a velocidade podem aumentar sensivelmente o índice de britagem, a saída e a percentagem de produto cúbico no produto final. Em circunstâncias excepcionais, como a entrada de ferros dentro da câmara de britagem e a ocorrência de uma mistura indesejada na mesma, o dispositivo hidráulico poderá abrir a coberta automaticamente para uma saída correta dos produtos. Assim se reduz drasticamente o problema de parar a máquina para extrair os produtos artificialmente, rebaixando os custos de manutenção. O manto pode ser feito em aço rico em manganês. Esse fator, junto à proteção dos produtos britados, reduz drasticamente a abrasão da máquina, aumentando-lhe a vida útil respeito à do britador cônico tradicional. 9 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO O britador cônico consta de câmara, mecanismo de transmissão, eixo oco excêntrico, rolamento, cone de britagem, molas e estação de pressão hidráulica para ajustar a abertura de descarregamento. Durante a operação, o motor aciona o eixo excêntrico para girar através de um eixo horizontal e um par de engrenagens de bisel. O eixo do cone de britagem se balanceia com a força do eixo excêntrico, de forma que a superfície da parede de britagem fica periodicamente perto do morteiro de rolo. Assim, os minérios e rochas são pressionados e britados. Capacidade de 20 a 340 ton/h com motores variando de 30 a 280 KW. Alimentação de 8 a 237 mm. REBRITADOR DE CONE 10 Os rebritador de cone são máquinas de pequeno porte trabalhando normalmente em conjunto com os britadores primários de mandíbulas. A simplicidade de sua concepção mecânica bem como o projetocompacto facilita extremamente os trabalhos de operação, regulagem e manutenção. Como decorrência do perfil cuidadosamente estudado, dos revestimentos da câmara de britagem, da adequada rotação de trabalho e da grande excentricidade, obtemos maior capacidade, produto mais uniforme e de formato mais cúbico. CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS Instalação simples – O rebritador de cone é montado sobre um chassi de perfis laminados, com motor acoplado. Forma um todo, praticamente monolítico, sendo muito fácil de instalar. Dispositivo de alarme e segurança- Quando a temperatura do óleo atinge um limite para o qual o termostato foi regulado, soa uma sirene de aviso. A pressão do óleo abaixo de um ponto crítico, previamente marcado, ou uma parada da bomba de óleo desligam automaticamente o motor do cone. Sistema de lubrificação – Fica encerrado num compartimento fechado, simples e compacto. Pode ser fornecido, opcionalmente, com sistema de aquecimento ou de óleo, de maneira a se adaptar a quaisquer condições climáticas. Sistema de tração direto por correias – Mínima perda de energia na transmissão. Vedação perfeita – Um anel de vedação protege todas as peças girantes contra o contato com material britado, garantindo a minimização do desgaste e longa vida útil. Regulagem simplificada – A abertura de saída é regulada pelo giro da câmara superior. Um prático sistema de cabos em roldana torna bem rápido esta operação. Totalmente apoiado em rolamentos – Os rolamentos garantem longa durabilidade e, em conseqüência, baixo custo de manutenção. Os cones oferecem alta resistência mecânica. Sistema de mola de alívio – protegendo o rebritador contra os efeitos da eventual entrada de corpos não britáveis, assegura grande segurança ao seu funcionamento. 11 BRITADOR DE IMPACTO Características – É conhecido também como britador de martelos. Nas paredes da câmara de fragmentação estão dispostas placas fixas e na parte central encontra-se as barras (ou martelos) móveis de impacto, que giram em uma velocidade que varia de 500 a 3000 rpm. A fragmentação do material é realizada por impacto através do movimento das barras, na qual parte de energia cinética é transferida para os blocos, projetando-os sobre as placas fixas. O custo de manutenção é alto devido ao grande desgaste das placas. Recomenda-se que não seja empregado para britar materiais abrasivos. Devido à existência da grelha, o britador de martelos gera maior quantidade de finos que o de impacto e a distribuição granulométrica do seu produto dependem da abertura da malha. Para os dois tipos ela depende ainda da velocidade do rotor e da natureza do material. A capacidade das maquinas depende de: diâmetro do circuito de britagem (rotor ou martelo); massa das partes móveis; velocidade de rotação; maneira de alimentar; características do material a ser britado. A capacidade de alimentação está fisicamente limitada pelo compromisso entre a velocidade, número de fileiras de martelos e tamanho de alimentação. Capacidade – Adequado para ser usado em rochas frágeis e elásticas e quando se deseja uma alta razão de redução e alta produção de finos. Bastante eficiente para materiais úmidos. A diferença entre os dois tipos de equipamento é dada pôr: -Britador de martelos: a cominuição é conseguida pelo impacto de martelo (sempre soltos) sobre as partículas e pelo atrito e cisalhamento das partículas entre os martelos, a grelhas fecha totalmente a câmara de 12 britagem e o material só é descarregado quando está em granulométria mais fina que a abertura da grelha. Material duro ou sucata não passa na grelha e é recolhido numa caixa conveniente disposta. -Britador de impacto: não tem grelha, de modo que trabalham via de regra em circuito fechado com uma peneira. A cominuição se dá pelo impacto dos martelos (que podem ser fixo ou soltos) contra as partículas e pelo impacto desta contra obstáculos conveniente dispostos. Estes obstáculos podem ser barras, superfícies de impacto e até mesmo grelha, mais a descarga do produto é sempre livre. Os dois tipos principais (com eixo horizontal e com eixo vertical) se caracterizam pela alta taxa de redução e pela propriedade de dar forma cúbica ao produto. Os impactores também podem ser empregados para britagem seletiva, um método que libera os minerais duros do material estéril. Um impactor é constituído de uma carcaça de chapas de aço que contém um conjunto de eixo e rotor. A quantidade de peças móveis é bem pequena. 13 IMPACTORES COM EIXO HORIZONTAL (HSI) O material alimentado na máquina é submetido a altíssimos impactores causados por martelos ou barras em rápido movimento montados no rotor. As partículas resultantes então adicionalmente impactadas no interior da máquina. Elas colidem com peças do britador e umas com as outras, resultando em mais redução e em melhor formato do produto. IMPACTORES COM EIXO VERTICAL (VSI) Pode-se considerar um britador (vsi) igual a uma “bomba de pedras”, que opera de maneira similar a uma bomba centrifugar. O material é alimentado pelo centro do rotor, acelerado a altas velocidades e saindo do 14 rotor por aberturas periféricas. A britagem ocorre quando o material em alta velocidade bate contra o revestimento da carcaça estacionária externa e também quando as partículas colidem entre si. As máquinas VSI são na maioria dos casos do tipo autógenos, impactando o material saído do rotor contra a parede revestida do próprio mineral, minimizando assim os custos relacionados com o desgaste. Há também disponíveis dentro da linha, britadores VSI com revestimentos metálicos ao redor do interior da carcaça, para aplicações em moagem de materiais de baixa abrasividade, que proporcionam maiores taxas de redução e menor consumo energético quando comparados com os britadores autógenos. O campo principal de aplicação dos VSI’s é a produção de materiais finos, inclusive areia, com formatos bastante cúbicos a um custo atraente por tonelada produzida. BRITADOR DE ROLOS DENTADOS Características – Consiste de um rolo dentado giratório que se movimenta a alta velocidade dentro da câmara de fragmentação. Quando o rolo dentado se movimenta provoca, simultaneamente, a compressão e cisalhamento do material entre este e a placa fixa disposta nas paredes da câmara. Não é recomendado o seu uso em materiais abrasivos. Este tipo de britador possui uma forte limitação quando a granulometria da alimentação, pois a mesma é limitada pela distância fixada entre os rolos e o diâmetro dos mesmos. Capacidade – Adequado para materiais de média fragmentação ou frágeis e quando se requer geração de pouca quantidade de finos e também para materiais úmidos. 15 BRITADORES E REBRITADORES DE ROLOS Os rebritadores de rolos graças as suas características são máquinas especialmente destinadas á obtenção de produtos de tamanho médio a fino e ao mesmo tempo necessite limitar a geração de finos. São aplicados normalmente em materiais de baixa e média dureza, tais com: bauxita, carvão mineral e vegetal, sínter, dolomita, grafite etc. Britam sem problemas mesmo os materiais difíceis para outros tipos de rebritadores, como por exemplo, materiais contendo finos e úmidos. A relação de redução de material depende da abertura entre os rolos e do tipo de revestimento usado, ficando porem no máximo em torno de 1:3. A alimentação dos rebritadores de rolos deve consistir de materiais previamente peneirados, com tamanho máximo limitado. Os revestimentos dos rolos podem ser lisos, ondulados oudentados, dependendo das características do material. CARATERÍSTICAS CONSTRUTIVAS ҉ Os mancais dos rolamentos são totalmente protegidos contra pó e umidade, por meio de uns labirintos, lubrificados por graxa. ҉ Possibilidade imediata de grande aumento na produção pela vibração da rotação. ҉ A transmissão pelo sistema de correias em V, possibilita a absorção de eventuais choques. ҉ Nos britadores e rebritadores de rolos dentados, quando houver perigo de entrada (na maquina) de corpos não britáveis muito grandes ou sobre carga, um dos rolos pode ser equipado com sistema de molas de alivio. 16
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