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INTRODUINTRODUÇÇÃO AO ÃO AO TRATAMENTO DE TRATAMENTO DE MINMINÉÉRIOSRIOS Professor André Carlos Silva, MSc. Universidade Federal de Goiás Campus Catalão - GO CapCapíítulo I tulo I –– Equipamentos de tratamento de minEquipamentos de tratamento de minéériosrios 1. INTRODU1. INTRODUÇÇÃOÃO � O processamento mineral pode ser conceituado basicamente como sendo a ciência que transforma minérios em matérias primas para suprir os mais diversos ramos industriais. � Na realidade, compreende um universo amplo e multidisciplinar, envolvendo diversos campos da engenharia e da ciência propriamente dita. 1. INTRODU1. INTRODUÇÇÃOÃO � Todos os materiais inorgânicos utilizados no suprimento de nossa civilização são oriundos da crosta terrestre, esta fina casca de material silicático que recobre nosso planeta, com uma espessura média de 13 km. 1. INTRODU1. INTRODUÇÇÃOÃO 1. INTRODU1. INTRODUÇÇÃOÃO � Os vários elementos que constituem a crosta não estão regularmente distribuídos na mesma, mas ocorrem na forma de uma mistura de minerais com a predominância de alguns elementos maiores na sua estrutura. 1. INTRODU1. INTRODUÇÇÃOÃO � As irregularidades na distribuição elementar são geradas por processos geológicos e climáticos, resultando em alguns casos numa grande concentração de minerais em locais privilegiados. 1. INTRODU1. INTRODUÇÇÃOÃO � Essas concentrações são definidas como jazidas minerais quando apresentam dimensões e características que permitam sua explotação econômica. � Hoje, basicamente poucos minérios brutos são passíveis de utilização direta como produto final. 1. INTRODU1. INTRODUÇÇÃOÃO � Na maioria dos casos necessitam de um determinado tratamento (ou processamento ou beneficiamento), utilizando-se essencialmente de processos físicos e/ou químicos, sem alterar a estrutura química dos minerais presentes. � Os materiais assim obtidos são usualmente denominados concentrados. 2. COMINUI2. COMINUIÇÇÃOÃO � A cominuição (ou fragmentação) abrange o conjunto de operações responsáveis pela redução do tamanho das partículas minerais. 2. COMINUI2. COMINUIÇÇÃOÃO � Os objetivos principais desta são: � Obtenção de uma parte ou de todo o minério dentro das especificações granulométricas para seu uso posterior; � Obtenção do grau de liberação necessário para se efetuar uma operação de concentração subseqüente; � Aumentar a área superficial específica dos minerais de um minério expondo-os mais facilmente ao ataque por reagentes químicos. 2. COMINUI2. COMINUIÇÇÃOÃO � Tais objetivos podem ser atingidos simultaneamente, isto é, liberar para concentrar e obter um produto dentro de especificações granulométricas de mercado. � Esta operação realizada com rigoroso controle por ser uma operação normalmente cara, sendo que a cominuição excessiva deve ser evitada. 2. COMINUI2. COMINUIÇÇÃOÃO � Operações de concentração são mais eficientes se recebem o material dentro de determinadas faixas granulométricas específicas para cada método ou equipamento. � A fragmentação é realizada, via de regra, em circuito fechado com equipamentos de separação por tamanho para a obtenção de um produto com granulometria uniforme e para obtenção da maior capacidade de produção. 2. COMINUI2. COMINUIÇÇÃOÃO 2. COMINUI2. COMINUIÇÇÃOÃO Alimentação < 0,15 mm > 0,15 mm Circuito fechado de moagem 2. COMINUI2. COMINUIÇÇÃOÃO Alimentação < 0,15 mm > 0,15 mm > 0,15 mm < 0,15 mm Circuito fechado de moagem 2. COMINUI2. COMINUIÇÇÃOÃO 2. COMINUI2. COMINUIÇÇÃOÃO � Os processos de cominuição são basicamente divididos em 2 classes distintas: � britagem (cominuição inicial) e � moagem (cominuição final). 2.1. BRITAGEM2.1. BRITAGEM � O termo britagem se aplica quando a redução de tamanho envolvida visa a obtenção de produtos com granulometria superior a 10 milímetros. � A britagem se desenvolve em estágios subseqüentes denominados britagem primária, secundária, terciária e eventualmente quaternária. 2.1. BRITAGEM2.1. BRITAGEM � Em cada estágio obtém-se uma determinada relação de redução, definida pelo quociente da dimensão da alimentação pela dimensão do produto. � A relação ideal teórica é de 4 para 1. 2.1. BRITAGEM2.1. BRITAGEM � Os mecanismos envolvidos compreendem basicamente impacto, compressão e cisalhamento. � Os equipamentos tradicionalmente utilizados são: � britadores de mandíbulas; � britadores giratórios; � britadores cônicos; � britadores de rolos e � britadores de impacto (horizontal e vertical). 2.1. BRITAGEM2.1. BRITAGEM Britador de mandíbulas 2.1. BRITAGEM2.1. BRITAGEM Britador de mandíbulas 2.1. BRITAGEM2.1. BRITAGEM Britador giratório 2.1. BRITAGEM2.1. BRITAGEM Britador cônico 2.1. BRITAGEM2.1. BRITAGEM Britador de rolos 2.1. BRITAGEM2.1. BRITAGEM Britador de impacto 2.2. MOAGEM2.2. MOAGEM � O termo moagem se aplica quando a redução de tamanho envolvida visa a obtenção de produtos com granulometria inferior a 10 milímetros. � A moagem também se desenvolve em estágios subseqüentes, considerando-se as relações de redução pertinentes. 2.2. MOAGEM2.2. MOAGEM � Os mecanismos envolvidos compreendem basicamente impacto, compressão e cisalhamento. � Os equipamentos mais usados são: � moinhos tubulares rotativos (bolas e barras); � moinhos de discos; � moinhos de rolos e � moinhos de impacto. 2.2. MOAGEM2.2. MOAGEM Moinho de barras 2.2. MOAGEM2.2. MOAGEM Moinho de bolas 2.2. MOAGEM2.2. MOAGEM Moinho de martelos 2.2. MOAGEM2.2. MOAGEM Moinho de discos 3. CLASSIFICA3. CLASSIFICAÇÇÃOÃO � A classificação, de uma forma geral, consiste na separação de partículas com base nas dimensões físicas das mesmas. � Os processos de classificação são divididos em peneiramento e classificação propriamente dita. 3.1. PENEIRAMENTO3.1. PENEIRAMENTO � O peneiramento é um processo mecânico de separação de partículas que se utiliza de uma superfície perfurada para tal. � As partículas com dimensões superiores à da abertura considerada tendem a ficar retidas na superfície, e as com dimensões inferiores tendem a atravessar a mesma. 3.1. PENEIRAMENTO3.1. PENEIRAMENTO � Os mecanismos envolvidos compreendem basicamente estratificação e segregação. � Os equipamentos tradicionalmente utilizados são: � peneiras vibratórias; � peneiras rotativas e � grelhas estáticas. 3.1. PENEIRAMENTO3.1. PENEIRAMENTO Peneiras vibratória horizontal 3.1. PENEIRAMENTO3.1. PENEIRAMENTO Peneiras vibratória inclinada 3.1. PENEIRAMENTO3.1. PENEIRAMENTO Peneira rotativa - Trommel 3.1. PENEIRAMENTO3.1. PENEIRAMENTO Peneira rotativa - Trommel 3.1. PENEIRAMENTO3.1. PENEIRAMENTO Grelha vibratória Chapa com furos cônicos para pré-classificação 3.2. CLASSIFICA3.2. CLASSIFICAÇÇÃOÃO � Classificação é o processo de separação que se baseia na velocidade de sedimentação das partículas imersas num meio fluido. � Os fluidos mais utilizados são a água e o ar, resultando nos processos denominados hidroclassificação e aeroseparação, ou classificação hidráulica e pneumática. 3.2. CLASSIFICA3.2. CLASSIFICAÇÇÃOÃO � Os mecanismos envolvidos compreendem basicamente fenômenos ligados à mecânica dos fluidos. � Na hidroclassificação, os equipamentos mais usados são os cones estáticos, os hidrociclones, os classificadores espirais e outros hidroclassificadores. � Já na aeroseparação, são utilizados os ciclones e os aeroseparadores dinâmicos. 3.2. CLASSIFICA3.2. CLASSIFICAÇÇÃOÃO Classificador espiral4. CONCENTRA4. CONCENTRAÇÇÃOÃO � O principal objetivo desse processo é a recuperação dos minerais úteis contidos num minério na forma mais concentrada possível. � A seleção do método de concentração depende da natureza do minério em si, bem como das diferentes propriedades dos minerais a ser separados. 4. CONCENTRA4. CONCENTRAÇÇÃOÃO � Dentre essas propriedades se destacam: � O tamanho relativo das partículas; � Cor; � Densidade; � Suscetibilidade magnética; � Condutividade elétrica � Molhabilidade superficial e � Solubilidade. 4.1. SELE4.1. SELEÇÇÃO MANUAL ÃO MANUAL ((““ORE SORTINGORE SORTING””)) � A seleção manual é o método mais antigo de concentração. � Através de uma inspeção visual, os minerais de interesse são manualmente resgatados do restante ou, apenas os minerais contaminantes são separados para purificar o minério original. � Devido ao crescente custo da mão de obra, ela vem sendo utilizada somente em casos especiais. 4.1. SELE4.1. SELEÇÇÃO MANUAL ÃO MANUAL ((““ORE SORTINGORE SORTING””)) � Atualmente a seleção de minérios segue o mesmo princípio, porém de forma mecanizada e se utilizando de uma variedade de dispositivos automáticos de detecção, identificação e separação. � As propriedades mais utilizadas são as óticas (reflectância, transparência, etc.), raios X (fluorescência), condutividade elétrica, magnetismo e radioatividade. � A seleção automatizada é adotada na recuperação de diamantes, pedras preciosas e minerais nobres. 4.1. SELE4.1. SELEÇÇÃO MANUAL ÃO MANUAL ((““ORE SORTINGORE SORTING””)) 4.2. CONCENTRA4.2. CONCENTRAÇÇÃO GRAVIMÃO GRAVIMÉÉTRICATRICA � A concentração gravimétrica foi a principal ferramenta do tratamento de minérios até o início do século XX, quando ocorreu o advento da flotação. � Atualmente continua sendo um método importante, principalmente por apresentar bons resultados com baixo custo. � É um processo que se baseia na diferença de densidade existente entre os minerais presentes, utilizando-se de um meio fluido (água ou ar) para efetivar a separação. � Os equipamentos tradicionalmente utilizados são: � Jigue; � Mesa vibratória; � Espiral de Humphrey; � Cone e � “Sluices”. 4.2. CONCENTRA4.2. CONCENTRAÇÇÃO GRAVIMÃO GRAVIMÉÉTRICATRICA 4.2. CONCENTRA4.2. CONCENTRAÇÇÃO GRAVIMÃO GRAVIMÉÉTRICATRICA Jigue 4.2. CONCENTRA4.2. CONCENTRAÇÇÃO GRAVIMÃO GRAVIMÉÉTRICATRICA Mesa vibratória 4.2. CONCENTRA4.2. CONCENTRAÇÇÃO GRAVIMÃO GRAVIMÉÉTRICATRICA Espiral de Humphrey Espiral de Humphrey Sluices 4.2. CONCENTRA4.2. CONCENTRAÇÇÃO GRAVIMÃO GRAVIMÉÉTRICATRICA Sluices 4.2. CONCENTRA4.2. CONCENTRAÇÇÃO GRAVIMÃO GRAVIMÉÉTRICATRICA � A separação gravimétrica é adotada na produção de � Ilmenita; � Zirconita; � Monazita; � Cromita; � Cassiterita; � etc. 4.3. SEPARA4.3. SEPARAÇÇÃO POR ÃO POR MEIO DENSOMEIO DENSO � A separação por meio denso também se baseia na diferença de densidade existente entre os minerais presentes. � A diferença reside no fato de se utilizar um meio fluido com densidade intermediária à dos minerais considerados para realizar a separação. 4.3. SEPARA4.3. SEPARAÇÇÃO POR ÃO POR MEIO DENSOMEIO DENSO � Esse meio é obtido através da dissolução de sais em água ou pela dispersão também em água de partículas finas de material com elevada densidade (ferro silício). � Apresenta boa eficiência apenas para material liberado em granulometrias mais grosseiras. 4.3. SEPARA4.3. SEPARAÇÇÃO POR ÃO POR MEIO DENSOMEIO DENSO � Os equipamentos mais usados são: � Tambores; � Cones e � Centrifugadores. � A separação por meio denso é adotada na produção de carvão, fluorita, etc. 4.4. SEPARA4.4. SEPARAÇÇÃO MAGNÃO MAGNÉÉTICATICA � A propriedade determinante nesse processo é a suscetibilidade magnética. � Baseado nesse fato, os minerais podem ser divididos em 3 grupos, de acordo com o seu comportamento quando submetidos à um campo magnético (natural ou induzido): � Ferromagnéticos (forte atração); � Paramagnéticos (média e fraca atração); � Diamagnéticos (nenhuma atração). 4.4. SEPARA4.4. SEPARAÇÇÃO MAGNÃO MAGNÉÉTICATICA � Os processos podem ser desenvolvidos via seca ou via úmida. � Os equipamentos mais utilizados são: tambores, correias, rolos, carrosséis e filtros. � A separação magnética é adotada na produção de areias quartzosas, feldspatos, nefelina sienitos, etc. 4.4. SEPARA4.4. SEPARAÇÇÃO MAGNÃO MAGNÉÉTICATICA 4.4. SEPARA4.4. SEPARAÇÇÃO MAGNÃO MAGNÉÉTICATICA 4.5. SEPARA4.5. SEPARAÇÇÃO ELETROSTÃO ELETROSTÁÁTICATICA � Nesse processo, a propriedade determinante é a condutividade elétrica, sendo os minerais classificados em condutores e não condutores de corrente elétrica. � Os equipamentos utilizados são os separadores eletrodinâmicos que operam com elevadas tensões. 4.5. SEPARA4.5. SEPARAÇÇÃO ELETROSTÃO ELETROSTÁÁTICATICA � As partículas minerais quando submetidas à um campo elétrico de elevada intensidade, de acordo com sua condutividade, são atraídas ou repelidas por um dispositivo devidamente energizado. � A separação eletrostática é adotada na recuperação de rutilo. 4.6. FLOTA4.6. FLOTAÇÇÃOÃO � Atualmente, a flotação é o processo dominante no tratamento de quase todos os tipos de minérios, devido à sua grande versatilidade e seletividade. Permite a obtenção de concentrados com elevados teores e expressivas recuperações. � É aplicado tanto no beneficiamento de minérios com baixo teor, quanto nos que exigem moagem fina para se atingir a liberação desejada. � O processo se baseia no comportamento físico-químico das superfícies das partículas minerais presentes numa suspensão aquosa. � A utilização de reagentes específicos, denominados coletores, depressores e modificadores, permite a recuperação seletiva dos minerais de interesse por adsorção em bolhas de ar. 4.6. FLOTA4.6. FLOTAÇÇÃOÃO � Os equipamentos tradicionalmente adotados se dividem em duas classes: mecânicos e pneumáticos; dependendo do dispositivo utilizado para efetivar a separação. � A flotação é adotada na produção de areias quartzosas de elevada pureza, cloretos, feldspatos, fluorita, fosfatos, magnesita, sulfetos, talco, ferro, etc. 4.6. FLOTA4.6. FLOTAÇÇÃOÃO 4.6. FLOTA4.6. FLOTAÇÇÃOÃO 4.6. FLOTA4.6. FLOTAÇÇÃOÃO 5. 5. DESAGUAMENTODESAGUAMENTO � A água desempenha um papel expressivo no tratamento de minérios. � No entanto, numa determinada etapa do processo se faz necessária sua retirada para poder se obter produtos com baixa umidade. � As operações unitárias destinadas para tal constituem o desaguamento. 5.1. SEDIMENTA5.1. SEDIMENTAÇÇÃOÃO � A sedimentação pode ser definida como a técnica de desaguamento obtida através da concentração de partículas sólidas em suspensão num líquido por ação exclusiva da força da gravidade. � As operações são divididas em duas classes: espessamento e clarificação. 5.1. SEDIMENTA5.1. SEDIMENTAÇÇÃOÃO � O espessamento visa uma concentração efetiva de sólidos e a clarificação a remoção das partículas sólidas presentes numa suspensão diluída. � A utilização de reagentes específicos, denominados floculantes, favorecem sobremaneira as operações pertinentes. � Os equipamentos usados compreendem basicamente cones, espessadores e clarificadores. 5.1. SEDIMENTA5.1. SEDIMENTAÇÇÃOÃO Espessador 5.1. SEDIMENTA5.1. SEDIMENTAÇÇÃOÃO Espessador 5.2. FILTRAGEM5.2. FILTRAGEM � Filtragem é o método de desaguamento obtido pela passagem forçada de uma suspensão aquosa através de um elemento filtrante que retém as partículas sólidas na sua superfície. 5.2. FILTRAGEM5.2. FILTRAGEM � O processo pode ser conduzidode forma contínua ou intermitente, sob a ação de vácuo ou pressão induzidos. � Os equipamentos tradicionalmente utilizados são os filtros à vácuo (tambor, disco, correia, etc.) o os filtros prensa. Filtro à vácuo (tambor) Filtro à vácuo (disco) Filtro à vácuo (plano horizontal) Filtro à vácuo (correia) Filtro prensa 5.3. CENTRIFUGA5.3. CENTRIFUGAÇÇÃOÃO � A centrifugação é a técnica de desaguamento que se utiliza de um dispositivo rotativo que induz uma sedimentação forçada sob a ação de uma aceleração significativamente elevada. � As centrífugas são equipamentos caros, porém versáteis, podendo ser usadas como classificadores, espessadores, clarificadores e filtros. 5.3. CENTRIFUGA5.3. CENTRIFUGAÇÇÃOÃO � No tratamento de minérios elas são utilizadas quando a sedimentação gravitacional é insuficiente para promover a separação de partículas muito finas, ou quando se requer baixos níveis de umidade no produto final. � Classificam-se em dois tipos básicos: centrífugas espirais decantadoras e centrífugas de cesto vibratório. 5.4. SECAGEM5.4. SECAGEM � A secagem consiste na retirada da água contida num produto sólido particulado através da evaporação da mesma por ação do calor. � È utilizada quando se requer um nível de umidade bem baixo. 5.4. SECAGEM5.4. SECAGEM � Trata-se de um processo relativamente caro, uma vez que não só os sólidos devem ser aquecidos, como também a água deve ser vaporizada para poder ser retirada do material. � Os equipamentos mais usados são: secadores rotativos, de bandejas e de leito fluidizado. 6. Aglomera6. Aglomeraçção mineralão mineral � A necessidade de recuperar partículas finas oriundas de um processo de beneficiamento de minérios ou de resíduos, provocou o desenvolvimento da tecnologia de aglomeração. � Proporcionando o aproveitamento comercial da fração fina desses materiais, diminuindo o impacto ambiental causado pela produção de material fino ou particulado. 6.1. Briquetagem6.1. Briquetagem � A briquetagem (aglomeração de partículas finas com auxílio de pressão) destacou-se como método adequado ao processamento desses materiais e tornou-se o método pioneiro de aglomeração. � A primeira patente relacionada à briqueta- gem foi concedida a William Easby, em 1848. 6.1. Briquetagem6.1. Briquetagem 6.1. Briquetagem6.1. Briquetagem ALGODÃO E RESTOS DE MADEIRA LAMAS METÁLICAS COBRE ALUMÍNIO 6.2. Sinteriza6.2. Sinterizaççãoão � O processo de sinterização foi projetado com o objetivo inicial de aproveitar as frações de minérios e combustíveis inferiores a aproxi- madamente 6 mm. � Estas frações não podem ser utilizadas diretamente nos alto-fornos, por diminuírem a permeabilidade da carga, dificultando a passagem dos gases. 6.2. Sinteriza6.2. Sinterizaççãoão � Sinterizar consiste em misturar e homo- geneizar um grupo de matérias-primas, incluindo o combustível, com umidade controlada e submeter esta mistura a uma semi-fusão redutora/oxidante. � A temperatura alcançada neste processo é da ordem de 1200 – 1400 ºC. 6.2. Sinteriza6.2. Sinterizaççãoão � O produto, resultado da aglomeração da mistura, é denominado sinter. A alimentação do processo é chamada de sinter feed. 6.3. Pelotiza6.3. Pelotizaççãoão � A pelotização é um processo de aglome- ração caracterizado pela formação de aglomerados esféricos, devidos ao constante movimento circular do material dentro de aparelhos adequados ao processo. 6.3. Pelotiza6.3. Pelotizaççãoão � Não há aplicação de forças externas ao processo. � Os aglomerados formados são chamados pelotas. � Podem ser utilizados ou não aglutinantes. 6.3. Pelotiza6.3. Pelotizaççãoão 5mm < Pelotas < 18mm5mm < Pelotas < 18mm 5mm < Sínter < 50mm5mm < Sínter < 50mm 6mm < Minério < 40mmgranulado 6mm < Minério < 40mm granulado 6.3. Pelotiza6.3. Pelotizaççãoão 6.3. Pelotiza6.3. Pelotizaççãoão 6.3. Pelotiza6.3. Pelotizaççãoão
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