Espiral concentradora

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COLETÂNIA DE INFORMAÇÕES 
8. Espiral concentradora 
A primeira espiral concentradora foi criada em 1941 por Ira Boyd Humphreys e ficou 
conhecida como espiral de Humphreys. Os testes de utilização desse equipamento na 
concentração de minerais pesados foram iniciados em uma espiral construída com 
anéis de pneus velhos. O objetivo do desenvolvimento da espiral foi recuperar ouro 
associado à pinta. A primeira aplicação industrial ocorreu em 1943 na concentração 
de cromita, no estado norte-americano do Oregon. Em 1960, pela primeira vez cerca 
de 2000 unidades industriais foram aplicadas para concentração de hematita especular 
em Quebec, no Canadá. Posteriormente, após a queda da patente internacional, a 
espiral sofreu diversas alterações chegando aos equipamentos atuais, mais leves e 
versáteis, com elevada eficiência na concentração de diversso minerais. 
A espiral concentradora é um equipamento constituído basicamente de uma disposição 
helicoidal de seção transversal semicircular na forma de calhas ao redor de uma coluna 
central, conforme pode ser visto na Figura 8.5. Consiste de um canal helicoidal 
cilíndrico com seção transversal semi circular modificada. No topo existe uma caixa 
destinada a receber a alimentação em forma de polpa. A medida que ela se escoa, as 
partículas mais pesadas se encontram numa faixa ao longo do lado interno do fluxo 
da polpa e são removidos por aberturas localizadas na parte mais baixa de sua seção 
transversal. Existem duas aberturas para cada volta da espiral. Estas aberturas são 
providas de um dispositivo que permite guiar os minerais pesados para se obter a 
separação desejada, através de conveniente regulagem. Cada abertura é conectada a 
um tubo coletor central, através de mangueiras de tal forma que se juntam os materiais 
recolhidos nas varias aberturas num único produto. No terminal inferior do canal 
existe uma caixa destinada - a recolher os minerais leves que não são recolhidos pelas 
aberturas. 
O princípio de funcionamento da espiral é uma combinação de queda retardada e 
consolidação intersticial. Na espiral, os minerais se depositam conforme seus 
tamanhos, forma e densidades. Partículas de maior peso específico depositam-se 
quase que imediatamente. Em contato com a superfície do canal ou próximo dela, são 
aprisionadas por uma película de fluido aderente à superfície. Esta película se move 
com velocidade muito menor que a restante da corrente fluida que contém os minerais 
leves e pequenos que não se depositaram. A polpa se divide em duas partes: a película 
fluida contendo os minerais predominantemente grossos e pesados e o restante da 
corrente, contendo os minerais pequenos e leves e quase toda a água. A película fluida 
praticamente não terá sua trajetória influenciada pela ação centrífuga e se moverá 
lentamente para o interior do canal onde será removida. O restante da corrente fluida, 
livre da ação do atrito com a superfície do canal, desenvolve uma velocidade várias 
vezes maior, sendo lançada contra a parte externa do canal, pela ação "centrífuga". A 
diferença das forças "centrífugas", causa uma rotação transversal da corrente agindo 
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no sentido de remover os minerais pesados em direção às aberturas e os minerais leves 
para o interior da corrente. 
 
 
Figura 8.5 – Desenho esquemático da espiral 
A água de lavagem é adicionada transversalmente à corrente, logo após cada abertura 
onde se recolhem os minerais pesados.Tem como finalidade suprir a polpa da parcela 
de água que se perde nas aberturas e devolver à corrente fluida as partículas não 
recolhidas, para que sejam reclassificadas. 
A concentração em espirais acontece rapidamente. Nas duas primeiras voltas pode-se 
retirar um concentrado puro. O material recolhido pelas aberturas das últimas voltas 
pode ser retirado separadamente constituindo o produto misto. 
As principais variáveis geométricas são: o passo, a altura, a inclinação e a inclinação 
radial da calha. O diâmetro da hélice é responsável pela capacidade de alimentação e 
a faixa granulométrica onde é possível realizar a concentração. Diâmetros maiores 
permitem uma melhor separação de materiais com faixas de distribuição 
granulométrica mais ampla. 
O passo determina a velocidade do fluxo primário. Passos maiores possibilitam 
maiores capacidades porque a velocidade do fluxo é maior. Esse parâmetro é também 
importante na definição da diferença mínima de densidade em que será possível a 
concentração sem, contudo exercer uma influência significativa sobre a recuperação 
e o teor do concentrado. A concentração de minerais menos densos requera utilização 
de espirais com pequenos passos, enquanto a separação de minerais mais densos é 
mais efetiva em espirais com maiores passos. 
As etapas rougher de concentração densitária em espiral são, usualmente, realizadas 
em equipamentos contendo um número maior de voltas de tal forma que as partículas 
se coloquem na posição de equilíbrio, acarretando maior recuperação dos minerais 
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menos densos. Por outro lado, as etapas cleaner são realizadas em menor número de 
voltas, pois as partículas densas são as primeiras a se sedimentar. 
Quando são utilizadas espirais nas plantas de minério de ferro, os desviadores são 
usualmente localizados ao longo da calha. Isso normalmente ocorre porque a alta 
quantidade de minerais densos pode provocar uma sobrecarga na zona interna, o que 
provocaria ineficiência na separação. Nessecaso,é fortemente recomendada a 
utilização da água de lavagem para substituir a água perdida com a massa deminerais 
densos separada. 
Embora estejam disponíveis diversos modelos de espirais com características 
diferentes no que se refere ao diâmetro, passo, perfil do canal e modo de remoção do 
concentrado, os mecanismos de separação atuantes são similares, conforme descrito a 
seguir. 
• Um fluxo movimentando-se na calha de uma espiral é composto basicamente 
por dois fluxos: 
• um fluxo primário no sentido descendente ocasionado pela ação da força 
gravitacional; 
• um fluxo secundário, no sentido transversal à calha, decorrente da ação da 
força centrífuga.• Estes dois fluxos produzem uma distribuição das partículas como apresentado 
na Figura 8.6 onde podem ser observadas duas zonas principais, separadas por 
uma zona intermediária. 
 
Figura 8.6 - Principais zonas na 
calha da espiral 
Quando a espiral é alimentada, a velocidade da polpa varia de zero na superfície do 
canal até um valor máximo na interface com o ar, devido ao escoamento laminar. 
Ocorre também uma estratificação no plano vertical, usualmente creditada à 
combinação de sedimentação retardada e consolidação intersticial. O resultado final é 
que no plano vertical, os minerais pesados estratificam-se na superfície do canal, com 
baixa velocidade, e os minerais leves tendem a estratificar-se na parte superior do 
fluxo, nas regiões de maiores velocidades. A trajetória helicoidal causa também um 
gradiente radial de velocidade no plano horizontal, que tem um efeito menor na 
trajetória dos minerais pesados e substancial na dos minerais leves. Estes, devido à 
força centrífuga, tendem a uma trajetória mais externa. 
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No movimento descendente da polpa ao longo das voltas da espiral as partículas de 
maior densidade se dirigem para a região de coleta do concentrado. A zona de 
transição, onde o fluxo secundário carrega as partículas de menor massa específica 
para a zona de recuperação e as partículas densas sedimentam e se dirigem para a zona 
de concentrado, é responsável pela separação. Embora a separação ocorra 
preferencialmente pela diferença de densidade entre os minerais, verifica-se uma 
componente de separação por tamanho de partícula, ou seja, as partículas finas tendem 
a ser direcionadas para a zona leve, enquanto as partículas grossas tendem à zona de 
concentrado. Partículas próximas à região interior se movem em leito inclinado e 
partículas na região externa se movem na suspensão líquida. 
• A ação diferentes formas de fluxo (laminar, intermediário e turbulento) sobre 
as partículas minerais determinam a trajetória para as zonas de concentrado, 
mista ou leve. Na Figura 8.7 podem ser identificadas cinco forças principais 
cuja resultante determina a direção da partícula na calha da espiral: 
• força da gravidade (Fg): direciona as partículas para a zona de concentrado; 
• força centrífuga (Fc): provoca o movimento radial direcionando as partículas 
para zona leve; 
• força de arraste (FD): força resultante do atrito do fluido com a superfície da 
partícula. Para partículas localizadas próximo à superficie livre da polpa, a 
força de arraste atua no sentido da borda da calha, enquanto em partículas 
situadas na superfície da calha atua no sentido da coluna central; 
• forças de Bagnold (FB): atuam no sentido de dilatar o leito de partículas 
quando estas se encontram próximas à superfície da espíral, propiciando 
condições para que ocorra a segregação das partículas segundo o tamanho e a 
massa específica; 
• força de atrito (Fa): causada pela superfície da calha que se opõe ao movimento 
das partículas. 
Para que ocorra a separação como processo de concentração, é necessário que a 
diferença entre as densidades do mineral valioso e da ganga seja igual ou superior a 
1,0. Valores inferiores a 1,0 dificultam a separação em espirais concentradoras. 
A aplicação em beneficiamento de minério de ferro é comum, principalmente devido 
aos baixos custos operacionais e em investimentos. Entretanto, o processamento de 
frações finas (<0,038 mm) não é possível, tornando outros métodos de concentração 
mais adequados, como a flotação e a concentração magnética. 
A espiral concentradora apresenta vantagens que a tornam competitiva para utilização 
em usinas de pequeno e grande porte na concentração de minerais pesados, dentre os 
quais podem ser destacads cromita, scheelita, cassiterita, minério de ferro, ouro, 
platina, diamante, fosfato, zirconita-rutilo-zircão e outros. Sua aplicação se deve, 
principalmente, aos seguintes fatores: 
• a espiral não possui partes móveis e, portanto, tem baixos custos de capital e 
manutenção; 
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• sua construção, com materiais leves e duráveis, facilita o manejo do 
equipamento e demanda pequenos espaços para instalações. 
 
Figura 8.7 – Forças atuantes nas partículas 
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