Beneficiamento de Minérios: Espessamento e Separação Sólido-Líquido

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BENEFICIAMENTO DE 
MINÉRIOS 
Separação sólido-líquido 
Prof. Eliseu R. Campêlo Correia 
 
ESPESSAMENTO 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
DIVISÃO DO BENEFICIAMENTO DE MINÉRIOS 
-Cominuição: Britagem e Moagem 
-Peneiramento e classificação 
-Concentração mineral 
-Espessamento e filtragem - (separação sólido-líquido) Desaguamento 
-Disposição de rejeito 
Fluxograma de beneficiamento de minério 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
1- ESPESSAMENTO – Separação sólido-líquido por 
sedimentação das partículas. 
 
 
 
 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
 
 A eficiência de um espessador é dada pela razão de seu espessamento 
expressa pela unidade de sólidos espessados por área por tempo e 
pela quantidade de sólidos no overflow e no underflow. 
 
Vários fatores podem influenciar no projeto de um espessador como: 
 Tamanho e Forma de Partícula; 
 Porcentagem de sólido na polpa; 
 Característica da superfície; 
 Viscosidade do líquido. 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
FATORES QUE AFETAM O 
ESPESSAMENTO 
 Tamanho e Forma de Partícula 
• A faixa granulométrica influencia nos custos e desempenho nas 
operações. 
• A forma da partícula influencia na velocidade de sedimentação. 
 
 
 
 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
FATORES QUE AFETAM O 
ESPESSAMENTO 
• A lei de Stokes ilustra a influencia da distribuição granulométrica. 
 
Forças da gravidade = Resistência do fluido Vconst. 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
FATORES QUE AFETAM O 
ESPESSAMENTO 
Frf 
Fg 
Vconst. 
Vt=velocidade terminal da partícula, m/s ; 
ρs= densidade do sólido, kg/m3; 
ρ= densidade do liquido, kg/m3; 
g= aceleração da gravidade, m/s2; 
D = diâmetro da partícula, m. 
μ= viscosidade do fluido, kg/m x s. 
 
Limitações: assume um regime laminar e 
partículas esféricas de raio menor que 50 
μm. 
• Partículas grosseiras, maiores que 5 mm, o regime passa a ser 
turbulento e para altas velocidades de queda a principal resistência é 
atribuída à perturbação do fluido. 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
FATORES QUE AFETAM O 
ESPESSAMENTO 
Frf 
Fg 
Vconst. 
Vt=velocidade terminal da partícula, m/s ; 
ρs= densidade do sólido, kg/m3; 
ρ= densidade do liquido, kg/m3; 
g= aceleração da gravidade, m/s2; 
D = diâmetro da partícula, m. 
 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
FATORES QUE AFETAM O 
ESPESSAMENTO 
Frf 
Fg 
Vconst. 
Vt=velocidade terminal da partícula, m/s ; 
ρs= densidade do sólido, kg/m3; 
ρ= densidade do liquido, kg/m3; 
K= constante; 
D = diâmetro da partícula, m. 
 
Para queda impedida a velocidade terminal é dada por: 
 Espessadores são tanques cilíndrico-cônicos de proporções variadas e 
preços elevados cuja função principal é a sedimentação e concentração 
(adensamento) do material alimentado. 
 
 
 Sua alimentação (polpa) ocorrerá pelo centro através de uma tubulação: 
as partículas sólidas sedimentam e são retiradas pelo fundo, enquanto 
que o líquido irá transbordar e será recolhido por uma calha que 
circunda o tanque. 
 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
ESPESSADOR 
 O espessador consiste em um tanque, um meio de introduzir a 
alimentação com um mínimo de turbulência, e um mecanismo de 
raspagem para mover os sólidos sedimentados para um ponto de 
descarga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSADOR 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSADOR 
 O tanque pode ser construído de vários materiais, sendo os mais 
comuns aço e concreto armado. Os seguintes desenhos de tanques são 
possíveis: 
 Suportado por pernas, dando acesso à bomba e válvulas de underflow. 
 Enterrados oferecendo acesso ao underflow via túnel. 
 Soldado ou aparafusado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. – Tanque suportado por pernas. Fig. – Tanque enterrado. 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSADOR 
Principais Componentes 
 Feedwell: “poço de alimentação” que divide o fluxo da 
polpa em vários fluxos de direções opostas, quebrando a 
velocidade e a turbulência. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. - Alimentador do tipo “FeedWell”. 
 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSADOR 
Principais Componentes 
 Mecanismos de acionamento do Rake (rastelo): A força acionadora é 
aplicada ao centro do braço por um motor de acionamento de 
raspagem e uma caixa de engrenagens. O rake (ou rastelo) arrasta o 
material espessado para o centro, onde é retirado pela ação das 
bombas de underflow. 
 
 
 
 
 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSADOR 
Principais Componentes 
 Mecanismos de acionamento do Rake (rastelo): A força acionadora é 
aplicada ao centro do braço por um motor de acionamento de 
raspagem e uma caixa de engrenagens. O rake (ou rastelo) arrasta o 
material espessado para o centro, onde é retirado pela ação das 
bombas de underflow. 
 
 Dispositivos de elevação: É um sistema de proteção que é utilizado 
para elevar os braços do rake. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.– Vista de um rake no interior do espessador. 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSADOR 
Sustentação 
 Para a sustentação do feedwell, do mecanismo de acionamento do rake e do dispositivo 
de elevação são utilizadas 3 configurações básicas: 
 
 Em ponte: utilizada para espessadores com diâmetro inferior a 30 metros. 
 Em coluna: utilizada para espessadores com diâmetros superiores a 25 metros. 
 Em caisson – utilizada quando há inconvenientes para a aplicação da coluna. 
 
 
 
 
Fig.6 - configurações básicas de sustentação. 
 
 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSADOR 
Tipos de espessadores 
 Podemos classificar os espessadores em: 
 
 Contínuo convencional 
 Espessador de alta capacidade ou super espessador; 
 Espessador de lamelas; 
 Espessador de alta densidade; 
 
 
 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
Espessadores de Alta Capacidade 
 
 
 
 
 
 
 Fig. - Espessadores VLC – Alta Capacidade 
 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
 
Os espessadores de alta capacidade ocupam menor área 
unitária e tem maior produtividade comparada aos 
espessadores convencionais. 
Aplicação 
• Mineração de ferro da VALE. 
• Espessamento da etapa de deslamagem (hidrociclone classificador): Espessador de 35 m 
de diâmetro. 
• Espessamento de Concentrado: Espessador de 38 m de diâmetro. 
• Espessamento de Rejeito: Espessador de 27 m de diâmetro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
Espessador de Lamelas 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
Os espessadores de lamelas, que é também um 
espessador de alta capacidade, tem uma área unitária 
reduzida, mas existe uma necessidade de uso de 
floculantes para seu desempenho. 
Espessador 
de Lamelas 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
Este 
equipamento 
consiste numa 
série de 
placas 
inclinadas 
(lâminas), 
dispostas lado 
a 
lado, 
formando 
canais. 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTOAplicação 
• Industria Carbonífera Rio Deserto – Criciúma/SC 
• Planta Piloto: 
• Vazão da alimentação: 10m³/h com 6,2% de sólidos; 
• Vazão do Underflow: 1,8m³/h com 29,3% de sólidos; 
• Overflow: 0,4% de sólidos; 
 
 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
Espessador com alimentação submersa 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
Os espessadores com alimentação submersa, que também é um 
espessador de alta capacidade, a alimentação é feita em um ponto no 
interior da camada de compactação dos sólidos. 
Modelos de Espessador de alta capacidade 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
Espessador Ultrasep 
Este tipo de espessador, não possui partes móveis e a necessidade de 
manutenção é baixa. 
Dimensões: 7m de diâmetro x 10 m de altura. Utilização: minerais pesados. 
Localização: Namakwa Sands, África do Sul. 
Modelos de Espessador de alta capacidade 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
Espessador Pasta 
O Espessador de Pasta DELKOR, como é visto na figura, é utilizado quando ao 
atendimento extremo das demandas de processo e mecânicas exigidas no 
tratamento de underflow. 
Modelos de Espessador de alta capacidade 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
Espessador de alta escala 
O Espessador de Alta Escala da DELKOR, representado pela figura poderá ser 
utilizados em várias aplicações incluindo produtos minerais, industriais, 
químicos, tratamento de água e águas residuais de indústrias. 
Espessador de Alta Densidade 
• Muito utilizado na Austrália 
para disposição do rejeito 
gerado no processamento 
da alumina. 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
O Espessador de Alta 
Densidade DELKOR, 
como pode ser visto na 
figura, 
considera densidades 
maiores de overflow e 
melhores recuperações 
da água sem custo 
extra no sistema de 
bombeamento para 
transporte. 
Parte 
móvel 
• Paredes altas e piso mais 
inclinado maximiza o efeito 
da densidade. 
Evolução do Desempenho dos Espassadores 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig – Evolução dos Espessadores 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
Esquema geral de um espessador 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. – Espessador contínuo convencional. 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
TESTE DE PROVETA 
 
 
 
 
 
 
 
Região de clarificação Região de “sedimentação livre” 
 
Região de transição Região de compressão 
 
Fig.– Fases de sedimentação em um espessamento contínuo 
Mecanismos do Espessamento 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
 TESTE DE PROVETA 
Mecanismos do 
Espessamento 
 
 
 
 
 
 
 
  Na prática a sedimentação no espessamento ocorre em 3 regimes distintos: 
Fig. – regiões formadas 
durante um ensaio de 
sedimentação 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
TESTE DE PROVETA 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
 TESTE DE PROVETA 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
 TESTE DE PROVETA 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
 TESTE DE PROVETA 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
 TESTE DE PROVETA 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
 TESTE DE PROVETA 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
 TESTE DE PROVETA 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
ESPESSAMENTO 
 TESTE DE PROVETA 
Bibliografia 
 CHAVES, Arthur Pinto; Teoria e prática do tratamento de minérios; 2a ed. São Paulo,Signus 
editora. 2004. 
 SOUZA, Patrícia Andrade; Espessamento de Polpas, 2012. Monografia – UFMG. 
 LEITE, Wanderson Pereira; Recuperação e Recirculação de Água no Processamento 
Mineral, 2011. Monografia – CEERMIN. 
 CARVALHO, Wanderson Nazareno; Considerações sobre a Usina II da Samarco Mineração 
S/A, 2010. Monografia – UFOP. 
 GUIMARÃES, Augusto Vasconcelos; Revisão nos Métodos de Dimensionamento de 
Espessadores e Comparação dos Modelos Industriais, 2010. Dissertação de Mestrado – 
UFMG. 
 Sites visitados. 
 http://www.vlc.ind.br/espessador-de-lama/?gclid=CLHcsLzIn7UCFQ45nAodY3QARg 
 http://www.delkorglobal.com/en/products/sedimentation/paste-thickeners.aspx 
 http://www.youtube.com/watch?v=FLmzCkFa9VA 
 http://www.cdc.ind.br/equipamentos_processos_014.php 
 http://www.nordic-water.de/docs/content.php?nav_id=2,21,27 
 http://www.ufrgs.br/ltm/attachments/416_Silva%20e%20Rubio%20-%20DAM-LTM-Final.pdf 
 
 
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO