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Separação sólido-líquido (Adaptado de notas de aula da disciplina de Separação Sólido-Líquido, 2009. Valadão.) Otávia Martins Silva Rodrigues PARTE 2 SEDIMENTAÇÃO ESPESSAMENTO Baseia-se na sedimentação das partículas como função de sua densidade e do campo gravitacional, o que resulta em uma operação simples e de baixo custo operacional. UTILIZAÇÃO Obtenção de polpas com % de sólidos adequada para etapa subsequente (filtragem, moagem, flotação, lixiviação, back fill); Preparação de rejeitos ( ↑ Fp) para descarte ou reutilização; Recuperação de água para reciclo industrial; Recuperação de sólidos ou solução de operações de lixiviação, utilizados em processos hidrometalúrgicos. ESPESSAMENTO Existem dois tipos principais de sedimentadores: - Espessador: interesse no sólido (espessado com alta % de sólidos). Clarificador: interesse no líquido (espessado com baixa % de sólidos). Espessadores são os mais utilizados na indústria mineral. Operação em regime contínuo. Aplicação EQUIPAMENTOS convencionais alta capacidade de lamela cones de sedimentação O desenvolvimento de floculantes sintéticos impulsionou (final década de 70) o desenvolvimento dos espessadores profundos (deep thicheneres). Tais espessadores possibilitam a geração de um underflow com maiores concentrações de sólidos. ESPESSAMENTO Capacidade de uma unidade de espessamento é proporcional à sua área que é baseada na taxa de sedimentação dos sólidos; Relação volume e diâmetro deve ser suficiente para garantir o tempo necessário à sedimentação; Tipos de espessadores variam em função da geometria ou forma de alimentação. Geralmente são tanques de concreto ou aço equipados com mecanismo de raspagem para proporcionar a descarga dos sólidos. ESPESSAMENTO ESPESSADOR CONVENCIONAL Configurações - Espessador Convencional Tipo Ponte Tipo Coluna Espessador Convencional - Sistema de Pás (rake) ESPESSADORES Sistema de Calha – alimentação espessador ESPESSADOR overflow espessador tanque OF bombeamento OF OF com alta de sólidos causa desgaste nas bombas que são projetas para água. Ex: Brucutu gastou 500 mil reais para limpar o reservatório de água em uma de suas paradas (2012). O preço foi mais elevado devido à quantidade excessiva de sólidos e tempo curto disponível para a limpeza. Espessador de alta capacidade (High Rate) Geralmente apresenta configuração geométrica semelhante ao espessador convencional (às vezes possuem placas inclinadas no interior do tanque); Têm maior produção por área quando comparado ao modelo convencional; “feedwell” maior interação entre reagente e polpa divide o fluxo de polpa alimentada em diversos fluxos de direções opostas reduzindo a velocidade e turbulência da alimentação. Ex: lamelas, alimentação submersa (EIMCO), Dorr-Oliver (câmara de mistura e floculação antes da alimentação) ESPESSAMENTO ESPESSADOR DE ALTA CAPACIDADE ALIMENTADOR Espessador de lamelas Consiste em uma série de placa paralelas e inclinadas, entre as quais tem-se canais por onde a polpa passa; Possui alta capacidade. A área efetiva de sedimentação é a soma da área de todas as lamelas; Exige pouco espaço para sua instalação; Baixo tempo de sedimentação: função da altura de queda vertical e da distância entre as lamelas. ESPESSAMENTO ESPESSADOR DE LAMELAS Espessador High Density Fornecem underflow com % de sólidos mais elevada (pasta). Pasta: sistema coloidal que se apresenta como um fluido homogêneo, não apresentando drenagem significativa de água. Valadão, 2007. Espessador Ultrasep ESPESSADOR E-CAT ESPESSADOR DE PASTA PASTAS MINERAIS DISPOSIÇÃO IN PIT PASTAS MINERAIS eliminação da barragem de rejeitos e seus efeitos negativos sobre a opinião pública maior facilidade para uso e reabilitação da área maior recuperação / recirculação de água redução na área necessária à disposição maior segurança possível co-disposição de rejeito do beneficiamento e estéril da mina PASTAS MINERAIS VANTAGENS Modelo de Mishler A = D A . DA = D . DD + R R = A . DA - A . DD = A . (DA - DD) onde: A = fluxo de massa de sólido da alimentação D = fluxo de massa de sólido do underflow DA = diluição da alimentação DD = diluição do underflow R = fluxo de massa de água no overflow O modelo de Mishler determina os fluxos no espessador considerando-o de forma simplificada: O fluxo volumétrico de água eliminada pelo espessador (OR) onde: = massa específica do líquido O fluxo de massa de sólido na unidade de área (G) é dado por: onde: Vs = velocidade de sedimentação do sólido Vf = velocidade da água ascendente S = área da seção transversal volume = massa/densidade velocidade = vazão/área onde: RL = fluxo de massa de água de overflow no nível L . OL = volume de overflow no nível L. CL = concentração de sólidos (massa de sólido/volume de polpa) em L. CD = concentração de sólidos (massa de sólido/volume de polpa) no underflow. A = D A . DL = D . DD + RL RL = A . DL - A . DD = A . (DL - DD) COE E CLEVENGER De forma semelhante à dedução de Mishler realiza-se a dedução de Coe e Clevenger, porém com introdução do volume de controle V e o nível de L. Dimensionamento de espessadores Dimensionamento Métodos Tradicionais Coe Clevenger Talmage-Fitch Oltmann Novos Testes em Proveta Curva de Sedimentação Avaliação do Tipo de Serviço Espessamento Avaliação do Torque ESPESSAMENTO – ESPESSADORES CONVENCIONAIS O que podemos fazer para a acelerar o processo de sedimentação? Coagulação / Floculação As grandes vantagens são a praticidade e a boa qualidade dos efluentes obtidos. REAGENTES AUXILIARES COAGULAÇÃO REPULSÃO ELETROSTÁTICA AGREGADOS PEQUENOS ESTABILIDADE RETENÇÃO DE LÍQUIDO TAXA UNITÁRIA Sugira a curva de Potencial Zeta para este material REAGENTES AUXILIARES FLOCULAÇÃO FLOCULANTES (polímeros) AGREGADOS GRANDES (“porosos”) ESTABILIDADE RETENÇÃO DE LÍQUIDO TAXA UNITÁRIA UMIDADE USO DE FLOCULANTES E COAGULANTES NO ESPESSAMENTO FLOCULAÇÃO SELETIVA Método de separação que se baseia na formação de agregados contendo uma única espécie mineral a partir de misturas em dispersão aquosa; Os agregados adquirem massa suficiente para se oporem ao fluxo hidrodinâmico e são retirados por processos de hidrosseparação, como a sedimentação (deslamagem seletiva); Geralmente, o produto deslamado é submetido posteriormente à flotação. ESTUDO DE CASO Avaliação da floculação seletiva para a concentração da rocha fosfática da região de Patos de Minas-Lagamar (Fosfertil: Valefertil). Reduzir as perdas de finos na etapa da deslamagem Elevar a recuperação da etapa de flotação METODOLOGIA 32 METODOLOGIA AMOSTRAS Três amostras de rocha fosfática de Lagamar com diferentes teores de P2O5: 26%, 17% e 12% REAGENTES Ajuste pH: HCl e NaOH Dispersante: metassilicato de sódio, hexametafosfato de sódio; Coletor: Tall oil, oleato de sódio Espumante: metil-isobutil carbinol, óleo de pinho Depressor: amido de milho, amido de mandioca APARELHAGEM Moinho de jarro de porcelana de 4 litros, célula Denver de laboratório com cuba de 2 litros, béquer de 4 litros (sedimentador). ANÁLISE GRANULOQUÍMICA DA ALIMENTAÇÃO Distribuição de P2O5 nas amostras cominuídas a 100% < 32# Interprete a tabela !!!!! TESTES FLOCULAÇÃO SELETIVA Rocha fosfática com 12% de P2O5 (pH de 10 a 10,5; 500g/t de metassilicato de sódio). TESTES DESLAMAGEM SELETIVA / FLOTAÇÃO Testes de deslamagem seletiva / flotação Condições floculação seletiva: pH de 10,0 a 10,5 500g/t metassilicato de sódio 1000g/t de amido milho gelatinizado com NaOH Condições flotação: pH ~ 10,0 Coletor: 1000g/t tall oil Espumante: 200g/t Emigol (Hoechst) CONCLUSÕES A rocha fosfática estudada responde favoravelmente a processos de agregação seletiva. Os minerais de ganga permanecem preferencialmente na fase dispersa; A liberação mais adequada ocorre em 95% passante em 150#; Concentrados com teores acima de 30% de P2O5 podem ser obtidos com recuperações de P2O5 superiores a 60%. EXEMPLO Tipo de Serviço Leve Padrão Pesado Área unitária (ft2/t/d) 15 – 150 3- 15 ≤ 3 Underflow (% sólidos massa) 12 – 35 35 - 60 ≥ 60 % < 200 # ≥ 80 65 - 85 ≤ 65 Densidade do sólido (g/cm3) 2 – 2,5 2,5 - 3 ≥ 3 Torque Característico – Polpas Minerais (ft . lb) Tipo de Serviço Diâmetro (ft) Leve Padrão Pesado 10 - 16 4.000 4.000 8.000 18 - 24 4.000 8.000 18.000 24 - 32 8.000 18.000 18.000 34 - 40 8.000 18.000 24.000 45 - 55 18.000 24.000 60.000 60 - 85 24.000 75.000 150.000 90 - 100 75.000 150.000 350.000 105 - 135 150.000 350.000 600.000 140 - 170 350.000 600.000 1.200.000 175 - 200 600.000 1.200.000 2.000.000 Um floculante deve ser adicionado a uma polpa de minério que alimenta um espessador industrial. Sabendo-se que: - massa de polpa da alimentação: 600 t/h - massa específica de sólido: 3,5 g/cm3 - massa específica do líquido: 1 g/cm3 - massa específica da polpa: 1,17 g/cm3 - custo do floculante: US$ 1.00 / kg Calcule: % sólidos em massa da polpa; % sólidos em volume da polpa; a diluição da polpa; a concentração massa/volume (kg/m3) o volume a ser adicionado de floculante (L/h) considerando-se uma dosagem de 60 g/t de sólido e que este reagente é preparado em uma concentração de 1% (10 kg de floculante / 1000 L de solução); o custo anual de floculante considerando-se 7500 horas trabalhadas / ano.
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