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Cap 2 separau00E7u00E3o solido liquido parte 2

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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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