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COMINUICOMINUIÇÇÃO E ÃO E CLASSIFICACLASSIFICAÇÇÃOÃO Prof. Dr. André Carlos Silva Universidade Federal de Goiás Campus Catalão - GO CapCapíítulo III tulo III –– BritagemBritagem 1. Introdu1. Introduççãoão � A operação de fragmentação, no campo de beneficiamento de minérios, agrupa um conjunto de técnicas que tem por finalidade reduzir, por ação mecânica externa e algumas vezes interna, um sólido, de determinado tamanho em fragmentos de tamanho menor. 1. Introdu1. Introduççãoão � A fragmentação de um material heterogêneo, que constitui geralmente uma rocha, visa liberar os minerais valiosos dos minerais de ganga, ou no caso de um mineral homogêneo, reduzir até à dimensão requerida pela utilização. 1. Introdu1. Introduççãoão � A operação de fragmentação compreende diversos estágios que se aplicam ao minério, desde a mina, até sua adequação ao processo industrial subseqüente. 1. Introdu1. Introduççãoão � Na etapa de lavra, o desmonte do minério ou rocha, com o auxílio de explosivo pode ser visto como um primeiro estágio de fragmentação, onde são produzidos blocos volumosos, mas de um tamanho que permite alimentar os equipamentos de britagem. 1. Introdu1. Introduççãoão � A britagem é a operação que fragmenta os blocos obtidos na lavra, mas como existe uma série de tipos de equipamentos, esta operação deve ser repetida diversas vezes, mudando-se o equipamento, até se obter um material adequado à alimentação da moagem. 1. Introdu1. Introduççãoão � A moagem é a operação de fragmentação fina obtendo-se nela um produto adequado à concentração ou a qualquer outro processo industrial (pelotização, lixiviação, combustão etc). 1. Introdu1. Introduççãoão � A importância da operação de fragmentação pode ser percebida em toda a sua magnitude, se for destacado o fato que a maior parte da energia gasta no processamento de minérios é absorvida pela fragmentação. Isso nos leva a supor que grande parte dos custos operacionais de uma usina de tratamento de minérios se deve à fragmentação. 1. Introdu1. Introduççãoão � Como um exemplo pode-se citar o caso da Erie Mining Co, em Minnesota (EUA), que processa os minérios de ferro taconíticos. � Esse minério, devido à fina disseminação deve ser reduzido a uma granulometria com 90% abaixo de 325 malhas. O consumo de energia na instalação encontra-se na tabela a seguir. 1. Introdu1. Introduççãoão Distribuição do consumo de energia na Erie Mining Co. 80,37%80,37% 1. Introdu1. Introduççãoão � Compreende-se, portanto, o interesse que existe no estudo da fragmentação já que qualquer melhoramento na operação acarreta uma importante economia no processo. � Outro motivo que tem levado os pesquisadores a estudarem a fragmentação é a busca de modelos matemáticos, assim como a relação entre os parâmetros desses modelos e as variáveis operacionais. 1. Introdu1. Introduççãoão � Esse modelamento do processo de fragmentação poderá ser utilizado em trabalhos de otimização e de controle do processo e ainda ser de grande utilidade no dimensionamento de unidades industriais. 2. Cominui2. Cominuiççãoão � A cominuição (ou fragmentação) abrange o conjunto de operações responsáveis pela redução do tamanho das partículas minerais. � Os objetivos principais desta são: � Obtenção de uma parte ou de todo o minério dentro das especificações granulométricas para seu uso posterior; 2. Cominui2. Cominuiççãoão � 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 aresta = a Área = 6a2 Volume = a3 ASEv = 6a2/a3 = 6/a aresta = a/2 Área = 8.6.(a/2)2 = 12 a2 Volume = 8.(a/2)3 = a3 ASEv = 12 a2/a3 = 12/a 2. Cominui2. Cominuiççãoão � Tais objetivos podem ser atingidos simultaneamente, isto é, liberar para concentrar e obter um produto dentro de especificações granulométricas de mercado. 2. Cominui2. Cominuiççãoão � 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. � Por este motivo estão sempre associadas à fragmentação operações de separação por tamanho: 2. Cominui2. Cominuiççãoão � Para evitar a entrada de partículas abaixo do tamanho desejado no interior das máquinas de fragmentação; � Para encaminhar partículas de determinado tamanho para equipamentos que possam fazer sua fragmentação com maior eficiência; 2. Cominui2. Cominuiççãoão � 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 Circuito aberto de cominuição Circuito fechado de cominuição Alimentação < 0,15 mm > 0,15 mm 2. Cominui2. Cominuiççãoão Circuito fechado de cominuição 2. Cominui2. Cominuiççãoão Circuito fechado de cominuição � IMPACTO (ou choque): � É o mais eficiente em termos de utilização da energia. � Ocorre quando as forças de fragmentação são aplicadas de forma rápida e em intensidade muito superior à resistência das partículas. � Faz uso, em geral, da energia cinética de corpos em movimentos cadentes. 3. Mecanismos da 3. Mecanismos da fragmentafragmentaçção mineralão mineral 3. Mecanismos da 3. Mecanismos da fragmentafragmentaçção mineralão mineral � COMPRESSÃO: � É a mais comum, desde blocos da ordem de metros até partículas micrométricas. � Ocorre quando forças de compressão são aplicadas de maneira lenta e progressiva, permitindo-se que, com o aparecimento da fratura, o esforço seja aliviado. 3. Mecanismos da 3. Mecanismos da fragmentafragmentaçção mineralão mineral � COMPRESSÃO: � Em geral, as forças de compressão aplicadas são pouco superiores à resistência dos blocos rochosos ou partículas. � Gera um número reduzido de fragmentos homogêneos de tamanho intermediário. 3. Mecanismos da 3. Mecanismos da fragmentafragmentaçção mineralão mineral � CISALHAMENTO (ou atrito): � Leva a um consumo alto de energia e a uma alta produção de superfinos. � As forças aplicadas são insuficientes para provocar fraturas ao longo de toda a partícula. 3. Mecanismos da 3. Mecanismos da fragmentafragmentaçção mineralão mineral � CISALHAMENTO (ou atrito): � Prevalece uma concentração de esforços na área periférica que leva ao aparecimento de pequenas fraturas. � Partículas muito pequenas convivem com partículas de tamanho próximo ao original. 3. Mecanismos da 3. Mecanismos da fragmentafragmentaçção mineralão mineral 3. Mecanismos da 3. Mecanismos da fragmentafragmentaçção mineralão mineral Distribuição de tamanhos dos produtos 3. Mecanismos da 3. Mecanismos da fragmentafragmentaçção mineralão mineral � Impacto � Britadores de impacto e nas áreas de impacto dos corpos moedores cadentes no interior dos moinhos revolventes. 3. Mecanismos da 3. Mecanismos da fragmentafragmentaçção mineralão mineral � Compressão � Britadores de mandíbulas, britadores giratórios e cônicos. � Nos moinhos revolventes ele está associado à compressão das partículas entre corpos moedores ou à compressão entre as partículas. 3. Mecanismos da 3. Mecanismos da fragmentafragmentaççãomineralão mineral � Cisalhamento � Partículas maiores são aprisionadas entre superfícies dotadas de movimento. � Na maioria das vezes, o movimento entre as superfícies é contrário ao das próprias partículas. � É observado freqüentemente nos produtos de moagem autógena. 4. Britagem4. Britagem � Genericamente, a britagem pode ser definida como conjunto de operações que objetiva a fragmentação de blocos de minérios vindos da mina, levando-os a granulometria compatíveis para utilização direta ou para posterior processamento. 4. Britagem4. Britagem � A britagem é um estágio no processamento de minérios, que utiliza, em sucessivas etapas, equipamentos apropriados para a redução de tamanhos convenientes, ou para a liberação de minerais valiosos de sua ganga. � É aplicada a fragmentos de distintos tamanhos, desde rochas de 1.000 mm até 10 mm. 4. Britagem4. Britagem � Não existe um circuito padrão para britar os diferentes tipos de minério. Geralmente a operação de britagem é feita dentro dos estágios convenientes. � Normalmente, para haver uma liberação satisfatória do mineral valioso, é necessário que o minério seja reduzido a uma granulometria fina. 4. Britagem4. Britagem � Nestas condições, a fragmentação desenvolve-se por meio de três estágios, isto é, grossa, intermediária e fina (ou moagem). � Nos dois primeiros estágios a fragmentação é realizada em britadores e no último estágio, em moinhos. 4. Britagem4. Britagem � Não há rigidez quanto aos estágios de britagem, porém, normalmente se usa a classificação mostrada na tabela abaixo. 4. Britagem4. Britagem � Divisão básica em primária e secundária. � Britagem primária – a alimentação é o ROM, localização próxima ou dentro da cava. Operação a seco e circuito aberto, com ou sem grelha para escalpar a alimentação. � Britagem secundária – a alimentação é o produto da britagem primária (< 15 a 30 cm) operação, normalmente, via seco com circuito fechado ou aberto. 3. Tipos de britadores3. Tipos de britadores � Os britadores podem ser divididos quanto aos seu princípio de funcionamento em: � Britadores de Mandíbulas (Jaw Crusher); � Britadores cônicos; � Britadores giratórios; � Britadores verticais. 3.1. Britadores de Mand3.1. Britadores de Mandííbulas bulas ((JawJaw CrusherCrusher)) � É o equipamento utilizado para fazer a britagem primária em blocos de elevadas dimensões/dureza e com grandes variações de tamanho na alimentação. � Compõe-se basicamente de uma mandíbula fixa e uma móvel que fornece o movimento de aproximação e afastamento entre elas. 3.1. Britadores de Mand3.1. Britadores de Mandííbulas bulas ((JawJaw CrusherCrusher)) � A distância entre as duas mandíbulas na extremidade superior do britador é designada como “gape” (do Inglês gap). � O fragmento de minério a ser britado é introduzido no espaço entre as duas mandíbulas e, durante o movimento de aproximação, é esmagado. 3.1. Britadores de Mand3.1. Britadores de Mandííbulas bulas ((JawJaw CrusherCrusher)) � Desta maneira, o bloco alimentado na boca do britador vai descendo entre as mandíbulas enquanto recebe o impacto responsável pela fragmentação. 3.1. Britadores de Mand3.1. Britadores de Mandííbulas bulas ((JawJaw CrusherCrusher)) � Os fragmentos resultantes escoam para baixo, durante o movimento de afastamento, cada qual se deslocando até uma posição em que fique contido pelas mandíbulas e seja novamente esmagado na aproximação seguinte da mandíbula móvel. 3.1. Britadores de Mand3.1. Britadores de Mandííbulas bulas ((JawJaw CrusherCrusher)) � O britador de mandíbulas atende várias necessidades - desde rochas duras e abrasivas até vários materiais de reciclagem. � Alimentação nominal = 0,5 a 1,5 m. � Grau de redução de 5/1. 3.1. Britadores de Mand3.1. Britadores de Mandííbulas bulas ((JawJaw CrusherCrusher)) � Vantagens: � Possuem uma grande capacidade de trabalho; � Mecânica simples, facilitando a operação (não ocorre entupimento); � Custo de manutenção baixo, devido à sua mecânica simplificada; � Baixo consumo de energia. 3.1. Britadores de Mand3.1. Britadores de Mandííbulas bulas ((JawJaw CrusherCrusher)) � Desvantagens: � Produto, ao sair do britador, não possui grande uniformidade. 3.1. Britadores de Mand3.1. Britadores de Mandííbulas bulas ((JawJaw CrusherCrusher)) 3.1. Britadores de Mand3.1. Britadores de Mandííbulas bulas ((JawJaw CrusherCrusher)) � Os britadores de mandíbulas podem ser divididos em: � Britador Blake: � Possui chapa de esmagamento em posição vertical na parte frontal de uma armação retangular oca e outra chapa semelhante (mandíbula móvel) num ângulo conveniente. � O movimento acontece pela ação de sobe-e-desce de uma biela, articulada ao braço móvel e impelida por um eixo excêntrico. 3.1. Britadores de Mand3.1. Britadores de Mandííbulas bulas ((JawJaw CrusherCrusher)) � Britador Blake: � O movimento vertical é transmitido horizontalmente à mandíbula por intermédio de duas alavancas articuladas. � Também chamado de britador de mandíbulas de dois eixos. Britador Blake Britador Blake 3.1. Britadores de Mand3.1. Britadores de Mandííbulas bulas ((JawJaw CrusherCrusher)) � Britador Dodge: � Oferece uma boa alimentação, sendo esta maior, para um investimento da mesma ordem que no equipamento do tipo Blake. � Fornece material de tamanho uniforme, menor que 11 a 15”. � Seu uso hoje em dia é raro. Britador Dodge 3.1. Britadores de Mand3.1. Britadores de Mandííbulas bulas ((JawJaw CrusherCrusher)) Tipos de mandíbula para aplicações específicas 3.1. Britadores de Mand3.1. Britadores de Mandííbulas bulas ((JawJaw CrusherCrusher)) � Britador excêntrico com suspensão no topo: � Possui uma única alavanca de transmissão e a mandíbula móvel está montada diretamente no excêntrico de modo que recebe um movimento para baixo e para a frente (o mais comum atualmente). 3.2. Britador girat3.2. Britador giratóóriorio � É o equipamento de britagem primária utilizada quando existe uma grande quantidade de material a ser fragmentado, sendo mais operacional do que o britador de mandíbula, pois pode ser alimentado de qualquer lado, além de permitir uma pequena armazenagem em seu topo. 3.2. Britador girat3.2. Britador giratóóriorio � O princípio de funcionamento do britador giratório consta do movimento de aproximação e distanciamento do cone central em relação à carcaça invertida (bambolear). � Este movimento circular faz com que toda a área da carcaça seja utilizada na britagem, o que fornece ao britador uma grande capacidade de operação. 3.2. Britador girat3.2. Britador giratóóriorio � Possui baixo custo operacional e grande seção de alimentação. � Alimentação nominal de 1 a 1,6 m e grau de redução de 8/1. 3.2. Britador girat3.2. Britador giratóóriorio Mina de Conceição - CVRD Mina de Conceição - CVRD Mina de Conceição - CVRD 3.2. Britador girat3.2. Britador giratóóriorio 3.3. Britador cônico3.3. Britador cônico � Concepção semelhante aos giratórios diferenciando-se pela superfície externa, alta capacidade. � São os mais usados em britagem secundária. Alimentação nominal de 0,2 a 0,5 m e grau de redução de 3/1 a 7/1. 3.3. Britador cônico3.3. Britador cônico 3.4. Britador de impacto3.4. Britador de impacto � Neste equipamento, a fragmentação é feita por impacto, ao invés de compressão. � Por meio do movimento de barras, o material é projetado sobre placas fixas de impacto,onde ocorre a fragmentação. 3.4. Britador de impacto3.4. Britador de impacto � A desvantagem do uso desse equipamento é que apresenta elevado custo de manutenção e grande desgaste, não sendo aconselhável seu uso no caso de rochas abrasivas. � São escolhidos quando se deseja alta redução de tamanho e alta percentagem de finos. Alimentação nominal de 0,2 a 0,8 m e grau de redução de 6/1 a 10/1. 3.4. Britador de impacto3.4. Britador de impacto Alimentação Cascata Rotor 3.4. Britador de impacto3.4. Britador de impacto 3.4. Britador de impacto3.4. Britador de impacto 3.4. Britador de impacto3.4. Britador de impacto � Barmac da Metso Minerals 3.5. Britador de rolos3.5. Britador de rolos � Consiste basicamente de um rolo móvel e uma carcaça fixa. � O movimento giratório do rolo provoca a compressão e o cisalhamento do material entre os dentes e a placa fixa à câmara. 3.5. Britador de rolos3.5. Britador de rolos � Tem emprego limitado devido ao grande desgaste dos dentes, por ser sensível á abrasão. � É aconselhável sua aplicação para rochas de fácil fragmentação. 3.5. Britador de rolos3.5. Britador de rolos � Possui alta tolerância à umidade da alimentação, sendo na britagem primária o equipamento que produz menos finos. � Alimentação nominal de 0,2 m e grau de redução de até 4/1. 3.5. Britador de rolos3.5. Britador de rolos 3.6. Britador de rolo dentado3.6. Britador de rolo dentado � Consiste de um rolo dentado que gira de encontro a uma placa fixa ou contra outro rolo dentado. � Aplicações mais comuns são: carvão, calcário, caulim, fosfatos, ferro (materiais friáveis e pouco abrasivos). � Alimentação nominal de 0,10 a 0,3 m e grau de redução de 2/1 a 4/1. 3.6. Britador de rolo dentado3.6. Britador de rolo dentado Característica Mandíbula Giratório Impacto Rolo dentado Capacidade Baixa a média Média a alta Baixa Baixa Potência (kW) 2,25 a 225 5 a 750 11 a 450 15 a 300 Abrasividade do material sem restrição Sem restrição sílica + óxidos metálicos <15% Restrição Granulometria do produto top size alto para lamelares Top size menor que mandíbula alta produção de finos Produz menos finos Grau de redução 5/1 8/1 até 40/1 até 4/1 BRITADORES PRIMÁRIOS 4.1. Britagem prim4.1. Britagem primááriaria � Os britadores empregados são os de grande porte e sempre operam em circuito aberto e sem o descarte (escalpe) da fração fina contida na alimentação. � A britagem primária é realizada a seco e tem uma razão de redução em torno de 8:1. 4.1. Britagem prim4.1. Britagem primááriaria � Para este estágio são utilizados os seguintes tipos de britadores: britador de mandíbulas, britador giratório, britador de impacto e o de rolos dentado. � A tabela abaixo apresenta um quadro comparativo das características desses equipamentos. 4.1. Britagem prim4.1. Britagem primááriaria 4.1. Britagem prim4.1. Britagem primááriaria 4.2. Britagem secund4.2. Britagem secundááriaria � Entende-se por britagem secundária, de forma geral, todas as gerações de britagem subseqüentes à primária. � Tem como objetivo na maioria dos casos a redução granulométrica do material para a moagem. 4.2. Britagem secund4.2. Britagem secundááriaria � É comum na britagem secundária o descarte prévio da fração fina na alimentação, com a finalidade de aumentar a capacidade de produção. � Esta operação é chamada de “escalpe”. 4.2. Britagem secund4.2. Britagem secundááriaria � Os equipamentos normalmente utilizados são: � britador giratório secundário; � britador de mandíbulas secundário; � britador cônico; � britador de martelos; � britador de rolos. 4.2. Britagem secund4.2. Britagem secundááriaria � Os britadores giratórios, mandíbulas e martelos são semelhantes àqueles empregados na britagem primária, apenas tendo dimensões menores. 4.3. Britagem terci4.3. Britagem terciááriaria � Em geral é o último estágio de britagem, no entanto, existem usinas com mais de três estágios, cujo fato está ligado às características de fragmentação do material, ou à granulometria do produto final. 4.3. Britagem terci4.3. Britagem terciááriaria � Os equipamentos em geral utilizados são os britadores cônicos, cuja granulometria máxima do produto obtido está compreendida na faixa de 25 a 3 mm, com uma razão de redução de 4:1 ou 6:1. � Estes equipamentos exigem um maior controle de operação, geralmente trabalhando em circuito fechado. 5. Dimensionamento5. Dimensionamento � Fatores que influenciam na seleção dos britadores: � Tamanho: é, normalmente, determinado pela produção desejada. Britadores maiores produzem o produto final a um custo unitário mais baixo. � Tipo: é, até certo ponto, determinado pelas características do material a ser britado, pelo grau de redução, e pelo produto final desejado. 5. Dimensionamento5. Dimensionamento � Identificação dos britadores: os de mandíbulas, são identificados pelas dimensões de sua boca de alimentação (ou entrada). � Exemplo: 8050, que na verdade, deve ser 80x50 pois, o 80 significa que a largura útil da boca de descarga é de 80cm e, o 50 significa que a maior distância útil entre as mandíbulas é 50cm. Dependendo da procedência, estas medidas podem ser em polegadas. 5. Dimensionamento5. Dimensionamento � Pontos de reciclagem: A abertura de saída tem duas posições: aberta e fechada. � Na posição aberta, as mandíbulas estão no seu ponto mais afastado uma da outra (APA). � Na posição fechada, estão no seu ponto mais próximo (APF). 5. Dimensionamento5. Dimensionamento � A medida da abertura é dada pela distância entre a ponta de uma mandíbula ao fundo da outra. � A diferença de medida entre a APA e APF, é o valor do movimento excêntrico do queixo. 5. Dimensionamento5. Dimensionamento � Várias metodologias podem ser usadas para o dimensionamento de britadores. � Contudo, pode-se usar a curva granulométrica em função da APF do manual de britagem da Metso. 5. Dimensionamento5. Dimensionamento Especificações Técnicas – Britador de mandíbulas de 1 eixo - linha E 5. Dimensionamento5. Dimensionamento Capacidade em t/h (para material com densidade aparente de 1,6 t/m³) Britador de mandíbulas de 1 eixo - linha E 5. Dimensionamento5. Dimensionamento Especificações Técnicas – Britador giratório primário MK-II Linha Superior 5. Dimensionamento5. Dimensionamento Capacidade em t/h (para material com densidade aparente de 1,6 t/m³) Britador giratório primário MK-II Linha Superior Obs. As capacidades acima baseiam-se em uma alimentação em que 100% da mesma passa em 80% da abertura de alimentação, 80% passa em 50% da abertura de alimentação e 30% passa numa malha que é 10% do topsize. 5. Dimensionamento5. Dimensionamento Capacidade em t/h (para material com densidade aparente de 1,6 t/m³) Britador cônico MP 5. Dimensionamento5. Dimensionamento Curvas granulométricas – Britador cônico MP P o r c e n t a g e m p a s s a n t e 5. Dimensionamento5. Dimensionamento Especificações Técnicas – Rebritadores cônicos - série T 5. Dimensionamento5. Dimensionamento Capacidade em t/h (para material com densidade aparente de 1,6 t/m³) Rebritadores cônicos - série T 5. Dimensionamento5. Dimensionamento Especificações Técnicas – Britadores e rebritadores de rolos 5. Dimensionamento5. Dimensionamento Capacidade em t/h (para material com densidade aparente de 1,6 t/m³) Britadores e rebritadores de rolos 4040A 5. Dimensionamento5. Dimensionamento Capacidade em t/h (paramaterial com densidade aparente de 1,6 t/m³) Britadores e rebritadores de rolos 7550A 5. Dimensionamento5. Dimensionamento Capacidade em t/h (para material com densidade aparente de 1,6 t/m³) Britadores e rebritadores de rolos 10075A
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