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Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas DEMIN - Departamento de Engenharia de Minas Teste de sedimentação em proveta Nomes: Lucas Fonseca Rodrigues Oliveira Victor Lucas Bretas João Alceu Professor: Otávia Martins Disciplina: Processamento de Minerais III 25 de Junho de 2013 1 - Introdução As operações de separação sólido-líquido são importantes etapas nas usinas de processamento mineral, desse modo é necessário compreender com exatidão os processos de sedimentação. O espessamento é a operação de separação sólido-líquido baseada na sedimentação das partículas, em função de sua densidade e campo gravitacional, através da polpa. É uma operação utilizada para: recuperação de água de polpas contendo rejeitos para descarte, preparação de polpas com densidades mais adequadas para etapas subsequentes (filtragem, moagem, flotação, lixiviação, preenchimento de cavidades), separação das espécies dissolvidas dos resíduos lixiviados. Dimensionar espessadores é, pois, basicamente determinar as suas características geométricas (área e profundidade) para que o serviço desejado (atender a vazão e atingir a porcentagem de sólidos desejada no underflow) possa ser executada com segurança. (CHAVES, 2004). Os principais experimentos utilizados para dimensionamento de espessadores são os testes de sedimentação em proveta, que consistem basicamente na análise da sedimentação de polpas com diferentes porcentagens de sólidos em provetas para se alcançar uma porcentagem de sólidos no underflow pré-determinada. Neste trabalho, dimensionou-se um espessador por intermédio de testes de sedimentação em proveta para obtenção de um underflow com 57% de sólidos de uma polpa de lama de minério de ferro. Foram realizados dimensionamentos pelo método de Coe e Clevenger para polpas com 5%, 10% e 15% de sólidos com dosagem de floculante A100 (25 g/t) e pelos métodos de Talmage-Fitch e Oltmann para a polpa com 15% de sólidos, com e sem dosagens do mesmo floculante. 2 – Objetivo Geral Dimensionamento de um espessador por intermédio de testes de sedimentação em proveta para obtenção de um underflow com 57% de sólidos. 2.1 - Objetivos Específicos Dimensionamento de um espessador por intermédio de testes de sedimentação em proveta para obtenção de um underflow com 57% de sólidos, pelo método de Coe e Clevenger para polpas com 5%, 10% e 15% de sólidos com dosagem de floculante. Dimensionamento de um espessador por intermédio de testes de sedimentação em proveta para obtenção de um underflow com 57% de sólidos, pelos métodos de Talmage-Fitch e Oltmann para uma polpa com 15% de sólidos, com e sem dosagem de floculante. 3 – Materiais e Metodologia Neste trabalho, realizaram-se testes de sedimentação em proveta com uma polpa de lama de minério de ferro, com a finalidade de dimensionar um espessador para atingir um underflow com 57% de sólidos. Foram realizados dimensionamentos pelo método de Coe e Clevenger para polpas com 5%, 10% e 15% de sólidos com dosagem de floculante A100 (25 g/t) e pelos métodos de Talmage-Fitch e Oltmann para a polpa com 15% de sólidos, com e sem dosagens do mesmo floculante. 3.1 – Teste de sedimentação em proveta Primeiramente, fixou-se um papel milimetrado em todas as provetas de 1000ml, adicionou-se as massas de minérios e água até que fosse atingido 1000ml e agitou-se a polpa para que as partículas de minério ficassem suspensas Em seguida, cessada a agitação anotou-se a altura da coluna de particulas, sendo esta a altura inicial do experimento. Iniciou-se o cronômetro e em média a cada intervalo de 30 segundos anotou-se a altura das partículas. Esse procedimento foi realizado até atingir o ponto de compressão dos sólidos, em que não houvesse mais alterações significativas de altura da coluna de partículas com o passar do tempo. Com esses intervalos de tempo e valores de altura, pôde-se plotar a curva de sedimentação para posterior dimensionamento do espessador. O mesmo procedimento foi realizado com massas de minérios diferentes, obtendo diferentes porcentagens de sólidos e com e sem adição do floculante A100 (25g/t). 4 – Resultados e Discussões Após a realização dos testes de sedimentação, foram obtidas as tabelas 1, 2 e 3, 4 e 5 em que são apresentados os valores de variação de altura da polpa em relação ao tempo, para polpas de 15%, 10% e 5% de sólidos, respectivamente, com e sem adição de floculante A100 (25g/t). Tabela 1 - Testes de sedimentação para 15% de sólidos com e sem adição de floculante Altura (cm) Tempo (s) sem floculante com floculante 0 34,7 34 30 33,6 30,1 60 32,6 26,1 90 31,9 23,9 120 31,1 22 150 30,4 19,3 180 29,7 17,3 210 29 16,2 240 28,1 15,1 270 27,45 14,2 300 26,75 13,4 330 26,05 12,8 360 25,3 12,2 390 24,5 11,7 420 23,7 11,1 450 23,1 10,6 480 22,5 10,15 510 21,6 9,85 540 20,75 9,65 570 20,05 9,35 600 19,05 9,15 630 17,95 8,95 660 17,15 8,75 690 16,55 8,65 720 15,85 8,45 750 15,05 8,35 780 14,35 8,25 810 13,55 8,15 840 12,75 8,05 870 11,95 7,95 900 11,25 7,85 930 10,5 7,75 960 9,7 7,65 990 9,15 7,55 1020 8,75 1050 8,4 1080 8 1110 7,7 1140 7,5 1170 7,25 1200 7 1230 6,8 1260 6,6 1290 6,35 1320 6,15 1350 5,95 1380 5,8 1410 5,7 1440 5,6 1470 5,5 1500 5,4 Tabela 2 e 3 - Testes de sedimentação para 10% de sólidos com e sem adição de floculante Altura (cm) Altura (cm) Tempo (s) sem floculante Tempo (s) com floculante 0 34,5 0 34,5 30 33,7 60 19,2 60 32,7 90 11,9 90 31,5 120 10,4 120 30,2 150 9,5 150 29 180 8,9 180 27,7 210 8,4 210 27 240 7,6 240 25,9 270 7,3 270 24,9 300 7,0 300 23,9 330 6,8 330 23 360 6,6 360 21,9 390 6,4 390 20,8 420 6,3 420 19,7 450 6,2 450 18,5 480 6,1 480 16,5 510 6,0 510 15,4 540 5,9 540 14,7 570 5,9 570 14,2 600 5,8 600 13,5 630 5,8 630 12,8 660 5,8 660 12,3 690 11,5 720 10,8 750 10 780 9,4 810 8,5 840 7,6 870 6,7 900 5,9 930 5,6 960 5,3 990 5,1 1020 4,9 1050 4,7 1080 4,5 1110 4,3 1140 4,1 1200 4 1320 3,9 Tabelas 3 e 4 - Testes de sedimentação para 5% de sólidos com e sem adição de floculante Altura (cm) Tempo (s) sem floculante 0 34,0 150 32,3 270 22,9 360 20,6 450 17,2 540 13,1 660 7,2 780 3,4 918 1,2 Altura (cm) Tempo (s) com floculante 0 34,00 30 30,00 60 12,40 90 4,90 120 3,70 Pela análise das tabelas, observou-se que as polpas das provetas com adição de floculante alcançaram seus pontos de compressão com um menor tempo de sedimentação, o que evidencia a eficiência do floculante na aceleração do processo de sedimentação. 4.1 – Método de Coe e Clevenger O dimensionamento do espessador para obtenção de um underflow com 57% de sólidos, pelo método de Coe e Clavenger foi realizado para as polpas com 5%, 10% e 15% de sólidos, sendo todascom adição do floculante A100 (25g/t). A partir dos valores das tabelas com adição de floculante, plotou-se a curva de sedimentação das três polpas, mostradas na figura 1.Figura 1 - Curvas de sedimentação com adição de floculante A100 (25g/t) Pelas curvas de sedimentação mostradas na figura 1, determinaram-se as velocidades de sedimentação de cada teste, através da regressão linear feita entre o ponto de transição, o ponto de altura inicial e os pontos entre eles. As retas de regressão linear de cada teste estão apresentadas na figura 2. Figura 2 - Velocidade de sedimentação Pelas equações das retas de regressão linear, mostradas figura 2, foram obtidas as velocidades de sedimentação em (m/s) para cada teste, apresentadas na tabela 5. Tabela 5 - Velocidade de sedimentação Velocidade de sedimentação (m/s) % de sólidos com floculante (25g/t) 5 0,0009 15 0,0025 25 0,0034 Com as porcentagens de sólidos das polpas de 5%, 10% e 15%, e com a densidade do sólido (ds=3,92g/cm3), densidade da água (da= 1,0g/cm3), obteve-se a densidade da polpa (dp) para cada polpa, através da fórmula: %sól = ds*(dp-da)/dp*(ds-da) Desse modo, com o volume de polpa (vp=1000cm3), obteve a massa de polpa (mp), pela fórmula: dp = mp/Vp Os valores obtidos estão apresentados na tabela 6: Tabela 6 - Densidades e massas de polpa % sólidos da (g/cm3) ds (g/cm3) dp (g/cm³) mp (g) Alimentação 5 1,0 3,92 1,04 1038,69 10 1,0 3,92 1,08 1080,49 15 1,0 3,92 1,13 1125,79 Underflow 57 1,0 3,92 1,74 1737,90 A partir da massa de polpa (mp) e as porcentagens de sólidos foram obtidos os valores de CD e CL, que são respectivamente a concentração de sólidos no underflow (massa de sólidos no underflow) e concentração de sólidos inicial (massa de sólidos na alimentação), da seguinte maneira: CD = ms = mp*(%sól UF)/100 CL = ms = mp*(%sól inicial)/100 Foram obtidos os valores de G para cada teste apresentados na tabela 7, pela fórmula: G= Vs/(1/CL)-(1/CD) Tabela 7 - CL, CD e G % sólidos Cl Concentração (Kg/m3) CD Concentração (Kg/m3) G (kg/s/m2) 5 51,93 990,60 0,05 10 108,05 990,60 0,30 15 168,87 990,60 0,69 57 990,60 990,60 Com os valores da tabela 7, plotou-se o gráfico de G x CL, para obtenção do Gcrítico, mostrado na figura 3. Figura 3 - Gráfico G x CL Pela figura 3, o valor do Gcrítico obtido foi de a 0,05Kg/s/m2. Com o valor de Gcrítico realizou-se o cálculo da área unitária (AU), pela seguinte fórmula: AU = 1/Gcrítico AU = 20,0 m2.s/Kg Em seguida, com a vazão de polpa de 4500t/h e a porcentagem de sólidos de 15%, determinou-se a alimentação seca igual a 187,5Kg/s e calculou-se a área total, pela fórmula: A = AU*alimentação seca*1,2 A = 20,0*187,5*1,2 Assim, temos que A = 4500 m2. Desse modo tem-se que o diâmetro do espessador é de 76 metros. 4.2 – Talmage-Fitch 4.3 - Oltmann 5 – Conclusão Pelo método de Coe e Clavenger, o diâmetro do espessador obtido foi de 76 metros 6 - Bibliografia Tratamento de Minério I - Professor Marlúcio Dias de Souza – Araxá: CEFET-MG, março de 2006. CHAVES, Arthur Pinto. Teoria e prática do tratamento de minérios / Volume 2 – 2 Ed. - São Paulo: Signus Editora, 2004.
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