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BACHARELADO EM ENGENHARIA DE MINAS LARISSA MENDES DOS SANTOS MAURÍCIO DIAS MONTANARO RAPHAELA LIVERANI PEREIRA VICTORIO BRUNHARA NETO RELATÓRIO DE BENEFICIAMENTO I (COMINUIÇÃO E CLASSIFICAÇÃO): AMOSTRAGEM CACHOEIRO DE ITAPEMIRIM – ES 2017 LARISSA MENDES DOS SANTOS MAURÍCIO DIAS MONTANARO RAPHAELA LIVERANI PEREIRA VICTORIO BRUNHARA NETO RELATÓRIO DE BENEFICIAMENTO I (COMINUIÇÃO E CLASSIFICAÇÃO): AMOSTRAGEM Trabalho apresentado à disciplina de Beneficiamento de Minérios I (Cominuição e Classificação) do curso de Bacharelado em Engenharia de Minas do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo como requisito parcial para avaliação. Prof.: MSc. Eliseu Romero Câmpelo Correia CACHOEIRO DE ITAPEMIRIM – ES 2017 SUMÁRIO INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 2 2. OBJETIVO .................................................................................................. 5 3. MATERIAIS UTILIZADOS .......................................................................... 5 4. AMOSTRAGEM .......................................................................................... 5 4.1. Homogeneização de sólidos .................................................................... 7 4.1.1. Pilhas ......................................................................................................... 8 4.2. Quarteamento de sólidos ......................................................................... 9 4.3. Amostragem de Polpas .......................................................................... 10 4.3.1. Quarteador de Polpa ............................................................................... 10 4.4. Cálculo da Eficiência .............................................................................. 11 5. METODOLOGIA ....................................................................................... 11 5.1. Experimento 1 – Amostragem de sólidos ............................................. 11 5.2. Experimento 2 – Amostragem de polpas .............................................. 15 6. RESULTADOS E DISCUSSÕES.............................................................. 18 6.1. Experimento 1 – Quarteamento de sólidos .......................................... 18 6.2. Experimento 2 – Quarteamento de polpas ........................................... 20 CONCLUSÃO ........................................................................................................... 21 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 21 2 INTRODUÇÃO Segundo SAMPAIO et.al. 2007 “Para determinar o desempenho operacional de um processo de tratamento de minérios é essencial o conhecimento do balanço de massa e das concentrações dos elementos nos diferentes fluxos que circulam nos equipamentos”. A determinação de uma dada propriedade ou característica de um fluxo só pode ser realizada em uma pequena fração do mesmo, denominada amostra, que represente, da melhor forma possível, o fluxo amostrado. Considerando que os sistemas particulados são usualmente misturas de partículas de tamanho, forma e composição variados, a obtenção de amostras representativas só é possível com base em critérios bem estabelecidos. Quando os procedimentos de seleção e coleta das amostras não são bem conduzidos, os resultados de análises, mesmo que realizadas com precisão, não correspondem às características do universo amostrado, podendo levar a conclusões incorretas. Considerando que as características específicas de toneladas de um dado material são estimadas segundo análises realizadas em amostras pequenas, ou seja, com massas da ordem de gramas, os critérios de obtenção dessas amostras são, pois, de fundamental importância para minimizar os erros associados a essas análises. Com base nessas análises, são feitas estimativas que servirão, afinal, para avaliação de depósitos minerais, controle de processos em laboratórios, unidades piloto, indústrias e comercialização de produtos. Ressalta-se, dessa forma, a importância da amostragem para o sucesso de um projeto industrial. Embora as técnicas de amostragem na indústria mineral tenham melhorado nos últimos anos, a amostragem ainda não recebe o devido valor e importância, sendo uma área muitas vezes negligenciada, o que, via de regra, conduz a uma coleta de amostras com sérios erros sistemáticos. Isso acaba acarretando dificuldades na aceitação dos diversos produtos ou para a economicidade dos processos nos quais o material que originou as amostras será usado. Para garantir a qualidade da avaliação, o procedimento de amostragem deve ser acurado e preciso, garantindo a representatividade. A acuracidade pode ser entendida como sendo a minimização do erro sistemático da amostragem. A 3 reprodutibilidade ou precisão é a medida da dispersão dos resultados de qualidade obtidos para um mesmo lote. Uma vez que os procedimentos de amostragem estão associados a uma série de erros inerentes às características peculiares de cada material e ao processo de obtenção da amostra, a probabilidade de essa amostra representar perfeitamente o universo da qual foi retirada é remota. Assim, as características analisadas em diferentes amostras de um mesmo universo apresentarão uma dada variabilidade que deve ser minimizada segundo técnicas estatísticas. Segundo GÓES et.al. 2004 Amostragem é um processo de seleção e inferência, uma vez que a partir do conhecimento de uma parte, procura-se tirar conclusões sobre o todo. A diferença entre o valor de uma dada característica de interesse no lote e a estimativa desta característica na amostra é chamada erro de amostragem. Uma “boa amostragem” não é obtida tendo-se como base apenas o juízo de valor e a experiência prática do operador. O emprego da teoria da amostragem, ou seja, o estudo dos vários tipos de erros que podem ocorrer durante a sua execução, é imprescindível. (GÓES et.al, 2004) Este relatório apresenta as técnicas de amostragem e quarteamento realizadas através de aula prática em laboratório no dia 11/08/2017, utilizando a brita 0 como bem mineral 1. Nesta primeira amostragem, foram aplicados os métodos de Pilha alongada, Cone quarteado e Divisor Quarteador Jones. Após amostragem resultados foram retirados, como a densidade aparente, % de perdas, etc. A brita 0 é bem pequena, em relação as outras britas do mercado, tem malha de 12 mm, e é muito utilizada na produção de vigas, lajes pré-moldadas, tubos, blocos de concreto para construção e fundação, paralelepípedos de concreto moldados, de encaixe, para a produção de chapisco, blocos e manilhas. Abaixo figura ilustrativa do material: 4 Figura 01 – Relação dos tamanhos de brita do mercado. Fonte: Altivo Pedras Na segunda amostragem, o método utilizado foi o Quarteador de Polpa (divisor rotativo de amostras), utilizando como amostra uma polpa de CMP (Concentrado de Minerais Pesados) bem mineral 2. Esse concentrado é resultado do tratamento físico de Terras Raras, minérios de Ilmenita, Zirconita, Rutilo e Monazita. A partir deste experimento, além da técnica de amostragem, também se utilizou conceitos básicos do tratamento de minérios, como: %Sólidos na polpa, massa do sólido, massa do líquido, quarteamento, pesagem, etc. Figura 02 – Polpa de CMP(Concentrado de Minerais Pesados). Fonte: INB Com o desenvolvimento da prática realizada poderão ser obtidos cálculos, através dos dados coletados, e apresentação dos resultados e observações. 5 2. OBJETIVO Provar a importância da amostragem de minérios e concentrados; Preparar amostras para análises; Realizar e conhecer técnicas de homogeneização e quarteamento, na amostragem de sólidos e polpas de minérios, manual e mecânica; Equiparar a eficiência das técnicas de amostragem Pilha longa, Cone Quarteado, e Quarteador Jones com os Erros de perda de massa (EPM) e Erros de separação de massa (ESM); Descobrir a densidade aparente do material sólido e polpa amostrado; 3. MATERIAIS UTILIZADOS Brita 0 (quantidade suficiente); CMP - Concentrado de Minerais Pesados (quantidade suficiente); Água (quantidade suficiente); 3 Copos Becker de plástico de 1000 mL; 1 Balança de precisão 0,000g; 2 Réguas 60cm; Colher de pedreiro; Pincel ou vassoura; Espátula; 1 Quarteador tipo Jones; 1 Quarteador de Polpas/cuba (divisor rotativo de amostras); 1 Proveta graduada 1000 mL; Estufa 4. AMOSTRAGEM O processo de amostragem consiste na retirada de quantidades moduladas de material (incrementos) de um todo que se deseja amostrar, para a composição da amostra primária ou global, de tal forma que esta seja representativa do todo amostrado. Em seguida, a amostra primária é submetida a uma série de etapas de 6 preparação que envolvem operações de cominuição, homogeneização e quarteamento, até a obtenção da amostra final, com massa e granulometria adequadas para a realização de ensaios (químicos, físicos, mineralógicos etc). (GÓES et.al, 2004) Alguns conceitos podem ser definidos por GÓES et.al, 2004: AMOSTRA: define-se por “amostra” uma quantidade representativa do todo que se deseja amostrar (população). O método de retirada da amostra deve garantir a representatividade deste todo quanto à (s) característica (s) de interesse. INCREMENTO: define-se por incremento uma quantidade modular de material retirada do todo que se deseja amostrar, para composição de uma amostra. LOTE: define-se por lote uma quantidade finita de material produzida/separada para uma utilização específica. Segundo SAMPAIO et.al. 2007, o processo de amostragem é usualmente realizado em quatro etapas, descritas como a seguir: 1. Elaboração do plano de amostragem – este fundamenta-se na determinação da qualidade necessária para a amostragem, participando das definições do universo, do objetivo e da sequência de operações utilizadas. O sistema de amostragem a ser utilizado depende de diversos fatores, dentre os quais podem ser destacados o tamanho das partículas, a massa específica, a umidade, etc. 2. Obtenção da amostra – consiste na determinação da sequência e do número de coletas das amostras, que depende do tipo e da precisão requerida para a amostragem, das características dos fluxos, etc. 3. Preparação da amostra – trata-se do conjunto de operações necessárias à adequação da amostra ao método de determinação do parâmetro de qualidade. Dentre essas atividades, podem ser ressaltadas a secagem, a redução de tamanho, a homogeneização, o quarteamento, etc. 7 4. Determinação de um parâmetro de qualidade – inserem-se as análises dos parâmetros que irão determinar a qualidade do universo. Dentre eles podem ser citados os teores de diversos elementos, a umidade, a distribuição granulométrica, etc. Figura 03 – Fluxograma representativo do processo de amostragem. Fonte: SAMPAIO et.al. 2007. Uma boa amostragem é feita com o minério totalmente seco ou então sob a forma de polpa. A umidade pode favorecer a formação de agregados de partículas finas, aumentando o erro devido à segregação (SAMPAIO et.al. 2007) A amostragem pode ser feita manual ou automaticamente. Os resultados obtidos com amostragem automática são mais confiáveis que aqueles oriundos da amostragem manual, embora seja esta mais utilizada em tratamento de minérios. (SAMPAIO et.al. 2007) 4.1. Homogeneização de sólidos A homogeneização da amostra primária tem por objetivo obter uma distribuição mais uniforme dos constituintes, permitindo assim o quarteamento em frações de menor massa. Os métodos de homogeneização mais utilizados são as 8 pilhas, na forma de tronco de cone ou longitudinais. Estas também são conhecidas como pilhas prismáticas de homogeneização. (SAMPAIO et.al. 2007) 4.1.1. Pilhas Segundo SAMPAIO et.al. 2007 as pilhas mais empregadas são as dos tipos cônica e alongada (tronco de pirâmide). Método da pilha alongada Pilha alongada é a mais indicada tanto em laboratório, como para grandes quantidades de minério. A preparação desse tipo de pilha é feita dividindo-se o lote inicial em quatro regiões aproximadamente iguais. Em seguida, atribui-se a uma pessoa ou grupo de pessoas (A) a responsabilidade da retirada do minério, alternadamente, de quartos opostos (1 e 3); outra pessoa ou grupo de pessoas (B) serão responsáveis pelos outros quartos (2 e 4). Figura 04 – Método da pilha alongada. Fonte: GÓES et.al. 2004. Método da pilha cônica A pilha cônica quando se tem um pequeno volume de material, realiza-se uma pilha com a forma de tronco de cone e divide-se a em quatro setores iguais. A seguir, formam-se duas pilhas cônicas, tomando-se, para uma, os setores 1 e 3, e para a outra, os setores 2 e 4. Caso seja necessário ainda mais a amostra, repete- se a operação com uma das pilhas. 9 Figura 05 – Método da pilha cônica. Fonte: GÓES et.al. 2004. 4.2. Quarteamento de sólidos Para obtenção da amostra final, é necessário dividir a amostra primária em alíquotas de menor massa. A operação realizada com esse objetivo é denominada quarteamento. Essa operação pode ser feita manualmente ou com auxílio de quarteadores mecânicos. (SAMPAIO et.al. 2007) Todas as etapas de preparação, devem ser feitas observando-se técnicas de homogeneização e quarteamento. Para isso, utilizam-se pilhas e/ou equipamentos auxiliares. (SAMPAIO et.al. 2007) Método Quarteador Jones Para seu quarteamento utiliza-se o quarteador tipo Jones para separar a amostra de forma igualitária. Este é constituído por uma série de calhas inclinadas, ora para um lado, ora para o outro. A alimentação se faz na parte superior que tem uma forma tronco-piramidal. A largura de calha deverá ser, pelo menos, três vezes o tamanho do maior fragmento. (GÓES et.al. 2004) Figura 06 – Quarteador tipo Jones. Fonte: GÓES et.al. 2004. 10 4.3. Amostragem de Polpas Uma vez que a maioria das usinas de concentração mineral e de hidrometalurgia processam os minérios a úmido, a amostragem de fluxos de polpa é muito utilizada para acompanhamento da qualidade dos fluxos intermediários e finais nos circuitos piloto e industrial. (SAMPAIO et.al. 2007) A amostragem de polpas pode ser realizada por meio de diversos tipos de amostradores automáticos. Estes amostradores possuem como, característica comum o corte de todo o fluxo num determinado intervalo de tempo. (SAMPAIO et.al. 2007) 4.3.1. Quarteador de Polpa O quarteador de polpa é constituído por duas partes principais: um alimentador e um disco giratório contendo um número par de recipientes. O alimentador deve possuir um agitador para manter o material homogeneizado e uma válvula de descarga para manter a vazão de polpa constante aos recipientes contidos no disco giratório. Cada recipiente constitui umafração do quarteamento. Caso se deseje maior massa, juntam-se as amostras dos recipientes diametralmente opostos. (GÓES et.al. 2004) Figura 06 – Quarteador de polpa. Fonte: SAMPAIO et.al. 2007. 11 As massas de minérios amostradas são usualmente superiores à massa mínima necessária para garantir a representatividade de um dado universo. Assim, a primeira etapa de amostragem consiste no quarteamento da amostra, ainda na forma de polpa. Para isso são utilizados equipamentos de concepção simples que reduzem, significativamente, o manuseio da amostra. (SAMPAIO et.al. 2007) 4.4. Cálculo da Eficiência Para determinar a eficiência das amostragens são utilizados parâmetros: o Erro de Perda de Massa (EPM) e o Erro de Separação de Massa (ESM), são calculados conforme equações abaixo: → Erro de perda de massa (EPM) – porcentagem de massa que se perdeu em determinada etapa. ࡱࡼࡹ = ࢇ − ( + ) ࢇ × (ࡱ.) → Erro de separação de massa (ESM) – Desvio na distribuição de massas entre as duas amostras resultantes do mesmo processo de amostragem. ࡱࡹࡿ = + – + × (ࡱ.) 5. METODOLOGIA 5.1. Experimento I – Amostragem de sólidos O material utilizado na amostragem, homogeneização e quarteamento de sólidos é a brita 0. O primeiro passo é realizar a pesagem da brita, que será a massa da amostra aproximada (Ma). Obtendo o resultado: ࡹࢇ = 1977,29 ݃ 12 Foto 01 – Massa aproximada da amostra. Obs.: Balança 1 - Carga máxima suportada: 1000 g - Carga mínima: 0,2 g - d: 0,01 g - e: 0,1 g Logo após, faz-se a homogeneização da amostra pelo método da lona. O próximo passo é o quarteamento em 10 partes pelo método da pilha longa: Foto 02 – Homogeneização e preparação do método de pilha alongada. 13 Então, dividem-se as dez partes ao meio e enumeram-se as pilhas de 1 a 10 e de 10 a 1; Foto 03 – Método de pilha alongada. Dessa forma, são coletadas as amostras correspondentes aos números ímpares formando a Massa 1 (M1) e as referentes aos pares que formam a Massa 2 (M2). Obtendo-se: ࡹ = 1024,54 ݃ ݁ ࡹ = 945,81 ݃ Foto 04 – Pesagem de M1 e M2. 14 A seguir, escolheu-se a M1 para construção da pilha cônica, a fim de promover o quarteamento em quatro partes pelo método da pilha cônica; Foto 04 – Método da pilha cônica. Novamente, as pilhas serão recolhidas separando pilha par e ímpar parar obtenção das Massas M3 (pilhas 1 e 3) e M4 (pilhas 2 e 4). Obtendo-se: ࡹ = 519,41 ݃ ݁ ࡹ = 503,62 ݃ Foto 04 – Pesagem de M3 e M4. Descartando-se M3, utiliza-se M4 para um quarteamento pelo quarteador Jones obtendo a Massa 5 (M5) e a Massa 6 (M6); 15 Foto 05 – Quarteador Jones. Obtendo-se as massas: ࡹ = 260,40 ݃ ݁ ࡹ = 237,64 ݃ Foto 06 – Pesagem de M5 e M6. 5.2. Experimento 2 – Amostragem de polpas Misturou-se concentrado de minerais pesados com água para obter-se uma polpa, homogeneização; 16 Foto 07 – CMP – Concentrado de minerais pesados e água. O próximo passo foi colocar a mistura no quarteador de polpas e iniciar o processo de quarteamento; Foto 07 – Quarteamento da polpa. Então, uma cuba foi escolhida, aleatoriamente, e foi pesada. Obtendo-se: ࡹ = 427,59 ݃ 17 Foto 08 – Pesagem da polpa. Feito isso, a polpa foi colocada em um tabuleiro e evada a uma estufa para secagem. Logo após esses procedimentos, a polpa seca foi pesada. Obtendo-se: ࡹ࢙ = 95,1 ݃ Foto 09 – Pesagem do sólido seco. Logo, foram obtidos: porcentagem de sólidos em massa, a densidade da polpa e a vazão em massa do minério e de água que entra no mesmo (considerando que a vazão de polpa que entra no equipamento de separação sólido líquido é de 1200t/h). 18 6. RESULTADOS E DISCUSSÕES 6.1. Experimento 1 – Quarteamento de sólidos A partir dos quarteamento, e pesagens pode-se coletar resultados para cálculos e análises. A tabela 1 e o fluxograma 1 demonstram os pesos distribuídos. Tabela 1 – Resultados das pesagens após quarteamento. Ma M1 M2 M3 M4 M5 M6 Massa inicial 1977,29 - - - - - - Pilha longa - 1024,54 945,81 - - - - Cone - - - 519,41 503,62 - - Quarteador Jones - - - - - 260,40 237,64 Fonte: Autores. Fluxograma 1 – Pesos distribuídos nas etapas de quarteamento. 19 Erro de perda de massa (EPM) ࡱࡼࡹ = ࢇ − ( + ) ࢇ × Eficiência para Pilha longa: Ma = 1977,29g; M1 = 1024,54g; M2 = 945,81g; ܧܲܯ = 1977,29− (1024,54 + 945,81)1977,29 × 100 ࡱࡼࡹ = ,% Eficiência para Cone: Ma = M1 = 1024,54g; M1 = M3 = 519,41g; M2 = M4 = 503,62g; ܧܲܯ = 1024,54− (519,41 + 503,62)1024,54 × 100 ࡱࡼࡹ = ,ૠ% Eficiência para Quarteador Jones: Ma = M4 = 506,62g; M1 = M3 = 260,40g; M2 = M6 = 237,64g; ܧܲܯ = 506,62− (260,40 + 237,64)503,62 × 100 ࡱࡼࡹ = ,% Erro de separação de massa (ESM) ࡱࡹࡿ = + – + × Eficiência para Pilha longa: ܧܯܵ = 1024,54 + 945,81 – 1024,54 2 1024,54 + 945,812 × 100 ࡱࡹࡿ = ,ૢૢ% Eficiência para Cone: ܧܯܵ = 519,41 + 503,62 – 519,41 2 519,41 + 503,622 × 100 ࡱࡹࡿ = ,% 20 Eficiência para Quarteador Jones: ܧܯܵ = 260,40 + 237,64 – 260,40 2 260,40 + 237,642 × 100 ࡱࡹࡿ = ,% Pode se observar que a pilha cônica possui menos erros de separação e perda de massa que os outros métodos. 6.2. Experimento 2 – Quarteamento de polpas Antes do quarteamento com divisor de polpas: Massa do sólido (concentrado de minerais pesados) = 1112,9 g Massa de água = 3569 g % de sólido = ? %࢙óࢊ = ࡹࢇ࢙࢙ࢇ ࢊ ࢙óࢊ ࡹࢇ࢙࢙ࢇ ࢊࢋ áࢍ࢛ࢇ + ࡹࢇ࢙࢙ࢇ ࢊ ࢙óࢊ %ݏó݈݅݀ = 1112,94681,9 %࢙óࢊ = ,ૠૠ% Após quarteamento com divisor de polpas e secagem: Massa do sólido (concentrado de minerais pesados) = 95,1 g Massa de polpa = 427,59 g % de sólido = ? %࢙óࢊ = ࡹࢇ࢙࢙ࢇ ࢊ ࢙óࢊ ࡹࢇ࢙࢙ࢇ ࢊࢋ áࢍ࢛ࢇ + ࡹࢇ࢙࢙ࢇ ࢊ ࢙óࢊ %ݏó݈݅݀ = 95,1427,59 %࢙óࢊ = ,% 21 CONCLUSÃO A determinação de um parâmetro de qualidade consiste em analises que irão determinar de forma qualitativa o universo amostrado, tais como teores de vários elementos, distribuição e variação granulométrica, umidade etc. Logo muitas vezes se fazem necessárias coletas de diversão porções em posições, locais e intervalos de tempo diferentes com o objetivo de compor uma amostra capaz de fornecer informações mais precisas sobre todo mineral e/ou concentrado. Então, fica claro que é de extrema importância a efetuação de uma amostragem bem executada e dos devidos quarteamentos de minérios e concentrados. É evidente também que alguns erros ocorrem, pois, todos os procedimentos estão supostos a falhas humanas, como na hora da coleta, separação, devido ao apoio em que se está executando os procedimentos, o tempo e clima do ambiente, entre outros fatores. Portanto, toda amostragem conseguirá estabelecer padrões sobre o total do que se deseja saber as propriedades e particularidades, desde que os erros mesmo que sejam minimizados, sejam também cálculos. REFERÊNCIAS GÓES, M.A.C. LUZ, A.B. POSSA, M.V. Tratamento de Minérios. 4ª Ed. Cap. 2 - Amostragem. Pág. 19 a 51. CETEM – Centro de Tecnologia Mineral. Rio de Janeiro/RJ, dezembro de 2004. POSSA, M. V.; LUZ, A. B. da. Amostragem para processamento mineral. Brasília: DNPM, 1984. SAMPAIO, J.A. FRANÇA, S.C.A., BRAGA, P.F.A. Tratamentode Minérios: Práticas Laboratoriais. CETEM – Centro de Tecnologia Mineral. Rio de Janeiro/RJ, 2007. 570 p.
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