Apostila de separação sólido-líquido

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Resumo: 
SEPARAÇÃO SÓLIDO/LÍQUIDO 
 
 
 
 
OTÁVIA MARTINS SILVA RODRIGUES 
2 
 
Sumário 
 
1 Introdução.............................................................................................................. 3 
2 Desaguamento Mecânico ...................................................................................... 4 
3 Sedimentação ...................................................................................................... 12 
4 Coagulação e Floculação .................................................................................... 16 
5 Espessamento ..................................................................................................... 18 
5.1 Tipos de espessadores ................................................................................. 19 
6 Filtragem.............................................................................................................. 26 
7 Secagem ............................................................................................................. 35 
8 Bibliografia ........................................................................................................... 37 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
1 Introdução 
 
A grande maioria das usinas de beneficiamento de minérios realiza o processamento 
total ou parcial dos minérios em meio úmido. Sendo assim, no final do processo é 
necessário retirar a água que foi adicionada ao minério, de maneira a adequar sua 
unidade à especificada nos contratos de compra e venda. Processos de separação 
sólido-líquido produzem concentrados relativamente secos para serem transportados 
via terrestre (correias transportadoras, trens e caminhões) ou marítima (navios). 
 
Em alguns casos, também se deseja reduzir a quantidade de água no minério em 
determinado(s) ponto(s) dentro do processo para adequá-la às condições exigidas na 
próxima operação unitária à qual o minério será submetido. Acrescenta-se também a 
preocupação ambiental com a recuperação de água no processo e preparação de 
rejeitos para descarte e/ou aproveitamento posterior. 
 
A remoção de água no minério se dá pelas operações agrupadas como separação 
sólido-líquido, que podem ser dividas em: desaguamento mecânico, espessamento, 
filtragem e secagem. O desaguamento mecânico é realizado em hidrociclones, 
peneiras e classificadores espiral. O espessamento é baseado na sedimentação de 
partículas sendo utilizados espessadores convencionais, high rate, de lamelas e de 
pasta. Filtragem é o método de desaguamento obtido pela passagem forçada de uma 
suspensão aquosa através de um elemento filtrante que retém as partículas sólidas na 
sua superfície. O processo pode ser conduzido de forma contínua ou intermitente, sob 
a ação de vácuo ou pressão induzida. Os equipamentos tradicionalmente utilizados 
são os filtros a vácuo (tambor, disco, correia etc...) o os filtros prensa. A secagem 
consiste na retirada da água contida num produto sólido particulado através da 
evaporação da mesma por ação do calor. É utilizada quando se requer um nível de 
umidade bem baixo. Trata-se de um processo relativamente caro, uma vez que não só 
os sólidos devem ser aquecidos, como também a água deve ser vaporizada para 
poder ser retirada do material. Os equipamentos mais usados são os secadores 
rotativos. 
 
4 
 
2 Desaguamento Mecânico 
 
O desaguamento mecânico, uma das operações de separação sólido-líquido 
empregadas na indústria mineral, é uma importante técnica utilizada nas usinas de 
processamento de minerais para reduzir a umidade de produtos intermediários ou 
finais. Dentro do processo as operações de desaguamento mecânico, geralmente, 
preparam materiais para posterior espessamento, filtragem e concentração por 
separação magnética. Os mesmos equipamentos utilizados para classificação de 
partículas (por exemplo, peneiras, hidrociclones e classificadores espiral) também são 
utilizados nas operações de desaguamento mecânico. 
 
O peneiramento é o principal método de classificação de partículas minerais na faixa 
de tamanho superior a 1 mm. A classificação de partículas entre 1 mm e 0,15 mm 
geralmente é realizada por peneiras, classificadores mecânicos (classificador espiral) 
ou hidrociclones. Na separação granulométrica de partículas menores que 0,15 mm os 
hidrociclones são os equipamentos mais utilizados. Peneiras e classificadores espiral 
geram undersize/underflow com pouca quantidade de água retida. Os hidrociclones 
conseguem produzir “produtos desaguados”, underflow, com até 75% de sólidos em 
massa. 
 
Os classificadores mecânicos são indicados para classificação por tamanho e 
desaguamento de polpas. São equipamentos empregados, mais frequentemente, em 
usinas de pequeno e médio porte. Devido à ótima performance dos hidrociclones em 
operações de classificação e separação sólido-líquido, o emprego dos classificadores 
mecânicos tem diminuído na indústria mineral. 
 
O desaguamento no classificador mecânico é realizado pelo arraste do underflow ao 
longo do fundo do equipamento (parte inclinada). A partir de determinada altura o 
underflow sai do banho e a água escorre ao longo da calha gerando um produto 
desaguado com % de sólidos entre 65% e 75% (54% e 33% de umidade) (Chaves et 
al., 1996). 
 
A figura 2.1 mostra o desenho esquemático do classificador espiral. Os classificadores 
de arraste ou de rastelo diferenciam-se pela maneira na qual o underflow é arrastado. 
5 
 
 
Figura 2.1: Representação esquemática do classificador espiral (Adaptado de Galery 
et al., 2007). 
 
Para melhor desaguamento pode-se optar por modelos cujo fundo do equipamento é 
mais longo e mais inclinado, o permite o arraste do underflow fora do banho por mais 
tempo. Quando operam como desaguadores os classificadores não desempenham 
bem a separação por tamanho. O mesmo é verdade em relação ao desaguamento por 
peneiramento ou ciclonagem. 
 
Em alguns portos de areia, quando se deseja desaguar o material no classificador 
espiral jogam-se jatos de água para lavar o underflow e reduzir a quantidade de lamas 
no desaguado e, por sua vez, de água, já que as partículas finas são as maiores 
carreadoras da água (Chaves e al., 2006). 
 
As peneiras (figura 2.2) são equipamentos amplamente utilizados para separação 
granulométrica na indústria mineral, seja em usinas de pequeno, grande ou médio 
porte. Esses equipamentos também são utilizados no desaguamento de minérios, 
especialmente de produtos intermediários. 
 
Cada modelo de peneira apresenta uma faixa granulométrica ideal para um bom 
funcionamento, fora desta faixa, elas não conseguem realizar a separação por 
tamanho deixando passar apenas água pela tela, motivo pelo qual podem ser 
empregadas como equipamentos desaguadores. Peneiras horizontais vibratórias, 
peneiras estacionárias (DSM) e peneiras vibratórias inclinadas (Derrick) são exemplos 
de equipamentos que funcionam bem como desaguadores. 
 
Alguns modelos de peneiras vibratórias apresentam inclinação negativa. Peneiras 
Derrick são utilizadas para desaguamento de sínter feed na usina de Brucutu. 
 
6 
 
 
Figura 2.2: Esquema de peneira vibratória de dois decks. 
 
Desaguamento de areia em peneira vibratória: 
http://www.youtube.com/watch?v=4ElkY6Re0b8 
http://www.youtube.com/watch?v=0VpEtevw40Y 
 
 
Ciclones são equipamentos compactos constituídos fisicamente sem partes móveis 
com aplicações variadas: limpeza de gás, separação por tamanho e desaguamento. 
Quando utilizados na indústria mineral são designados hidrociclones (ou ciclones 
hidráulicos) por operarem com sólidos diluídos em água. O custo operacional do 
desaguamento em hidrociclones é superior ao realizado em tanques de sedimentação. 
A figura 2.3 esquematiza o equipamento. 
 
 
VORTEX
Saída de overfow (fração 
fina) ou gases limpos.
Alimentação
APEXSaída de underflow (fração 
grosseira) ou particulados
Parte cilíndrica
Parte cônica
 
Figura 2.3: Esquema típico de um hidrociclones. 
 
Dependendo da abertura do apex os ciclones operam com descarga em regime de 
corda (A), cone (B) ou spray (C) (figura 2.4). A situação A é utilizada quando se deseja 
espessar a polpa. O apex estrangulado minimiza a quantidade de água que sai por 
ele, uma vez que as partículas tem “prioridade” para sair por este orifício. A situação B 
configura uma boa operação de classificação. A situação C pode ser utilizada quando 
7 
 
se deseja um overflow mais clarificado, com menores % de sólidos; seu uso na 
indústria mineral não é difundido. 
Descarga em cordão Descarga em cone Descarga em spray
A B C
 
Figura 2.4: Tipos de descarga do hidrociclone em função do tamanho da abertura do 
apex. 
 
Hidrociclones desaguadores e hidrociclones classificadores são os mesmos 
equipamentos que diferem entre si em dois aspectos: a pressão de operação dos 
hidrociclones desaguadores é menor e o diâmetro de apex é mais estreito quando 
comparado aos hidrociclones classificadores. A concentração da fase particulada está 
relacionada ao comportamento dinâmico das partículas em movimento dentro do 
equipamento (França e Massarani, 2004). O foco deste texto é no desaguamento 
mecânico, sendo assim, não se aprofundará no funcionamento dos hidrociclones, 
assunto considerado de domínio prévio do leitor. 
 
A pressão de operação dos hidrociclones para desaguamento mecânico é diminuída 
para compensar o estreitamento do apex no sentido de manter o diâmetro de corte 
inalterado. Três mecanismos para operacionalizar o estreitamento do apex são 
resumidos por Chaves, 1996: 
 
(i) inserções dentro do orifício que diminuem a área livre interna do apex. Esse 
procedimento é realizado com equipamentos fornecidos pela AKW como mostrado na 
figura 2.5. 
 
 
Figura 2.5: Inserções no apex do hidrociclone (Chaves et al., 2004). 
 
(ii) dispositivos de regulagem do diâmetro do apex mediante ar comprimido. Esse 
procedimento, realizado pelos ciclones Krebs, é apresentado na figura 2.6. 
8 
 
 
 
Figura 2.6: Apex com regulagem pneumática (Chaves et al., 2004). 
 
(iii) apex de borracha, reguláveis por braçadeiras, uma solução improvisada muito 
realizada na prática industrial. 
 
Os hidrociclones de desaguamento Cavex®, figura 2.8, prometem fornecer underflow 
com densidade de sólidos desejada pelo operador e mantê-la constante ao longo da 
operação, mesmo havendo oscilações na alimentação. Observe no final do 
equipamento a peça estranguladora do apex. 
 
Figura 2.7: Hidrociclone de desaguamento (Weirminerals). 
 
Ressalta-se que o estrangulamento do apex aumenta seu desgaste por atrição, o que 
traz a necessidade de uma boa prática de supervisão e manutenção desses 
equipamentos. 
 
As geometrias dos hidrociclones podem se diferenciar pelo formato da parte cônica 
(figura 2.7). O design dos equipamentos utilizados para espessar polpas, assim como 
clarificar e classificar materiais finos, é o que apresenta ângulo do cone mais estreito 
(esquerda), até 25°. 
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Figura 2.8: Duas configurações geométricas típicas de ciclone (Svarovsky, 2000). 
 
 
Algumas vezes a operação de desaguamento por hidrociclones e a operação de 
espessamento, são utilizadas em conjunto, como ocorre na Valefertil (antiga Fosfértil 
em Tapira, MG). O concentrado fosfático, obtido por flotação, é remoído em circuito 
fechado com hidrociclones. Objetivando atender às condições de transporte por 
mineroduto, o overflow do circuito de moagem é adensado em hidrociclones. O 
underflow do adensamento segue diretamente para os tanques de homogeneização 
que alimentam os minerodutos. O overflow da operação de adensamento é espessado 
e posteriormente misturado ao underflow nos tanques de homogeneização que 
alimentam os minerodutos (Chaves et al., 2004). 
 
É importante salientar que, em qualquer operação de desaguamento em hidrociclones, 
haverá perdas de partículas no overflow. Diante disso sua aplicação fica restrita às 
situações como o exemplo de Tapira, no qual essas partículas tem chance de serem 
recuperadas (no espessamento), ou quando a perda de partículas no OF não for 
prejudicial ao processo (Chaves et al., 1996). 
 
Em relação ao arranjo dos hidrociclones dentro das usinas para realizar espessamento 
ou adensamento de polpa, tem-se algumas opções de configuração: 
 
- Uma bateria de ciclones; 
 
 - Duas ou mais baterias de ciclones em série, neste caso o underflow do ciclone 
anterior alimenta o próximo ciclone. 
 
A figura 2.9 mostra duas baterias em série. Dois ou três estágios podem ser utilizados 
para realizar espessamento e clarificação ao mesmo tempo. 
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- A figura 2.10 mostra dois ciclones montados em série. O overflow gerado no primeiro 
estágio pode ser seguido de um (ou mais) estágio(s) de clarificação. Além disso, nota-
se que o underflow do último estágio retorna para o primeiro ciclone junto com a 
alimentação nova. 
 
- A figura 2.11 mostra um arranjo de três ciclones para clarificar e espessar polpas 
muito diluídas. Os ciclones que operam com regime de corda têm a função de 
espessar e os ciclones que operam com regime de spray tem a função de clarificar. O 
primeiro ciclone realiza clarificação, sendo seu underflow espessado no terceiro 
ciclone. O ciclone de número 2 tem a função de auxiliar na perfeição do corte. 
 
 
Figura 2.9: Arranjo de dois ciclones em série para espessamento (Svarovsky, 2000). 
 
 
 
Figura 2.10: Arranjo de dois ciclones em série para espessamento e clarificação 
(Svarovsky,2000). 
 
11 
 
 
Figura 2.11: Arranjo de três ciclones para espessamento e clarificação de 
alimentações diluídas (Svarovsky, 2000). 
 
12 
 
3 Sedimentação 
 
Sedimentação pode ser definida como a movimentação espontânea de uma fase, de 
maior densidade, através de outra fase, de menor densidade, como resultado da 
aceleração da gravidade. Por exemplo, a movimentação descendente de partículas 
minerais em água. O entendimento de aspectos relativos à sedimentação é essencial 
para compreensão de operações de separação sólido-líquido, especialmente do 
espessamento. 
 
Considerando uma polpa em repouso em um compartimento, a acomodação das 
partículas no líquido resulta em duas fases: na porção superior um líquido clarificado e 
uma polpa espessa no fundo. A sedimentação de partículas em um fluido é governada 
por duas leis baseando-se no seu diâmetro: Lei de Stocks ou Lei de Newton. 
Partículas muito finas (poucos micrômetros de diâmetro) sedimentam muito 
lentamente quando se considera apenas o efeito da aceleração da gravidade sobre 
elas. Para acelerar a sedimentação podem-se utilizar reagentes, floculantes e 
dispersantes, ou força centrífuga. 
 
Uma partícula em sedimentação em meio fluido está submetida a três forças: empuxo, 
resistência e aceleração da gravidade como mostra a figura 3.1. 
 
 
Figura 3.1: Esquema de vetores das forças atuantes sobre uma partícula em 
sedimentação livre em um fluido. 
 
Inicialmente, quando se inicia a sedimentação, a velocidade de queda aumenta até o 
momento em que a soma das forças de atrito e empuxo se igual à força peso sobre a 
partícula. Nesse momento tem-se a força resultante igual a zero, como mostra a 
equação abaixo, ou seja, a velocidade de sedimentação para a ser constante. 
 
ΣF = 0 = P - E - R (1) 
Considerando-se: 
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m: massa da partícula 
m`: massa de fluido deslocada 
g: aceleração da gravidade (m/s2) 
v: volume da partícula 
dp: densidade da partícula 
df: densidade do fluido 
 
Tem-se: 
ΣF = 0 = mg - m`g - R (2) 
ΣF = 0 = vdpg – vdfg - R (3) 
R = vdpg – vdfg (4) 
R = g(vdp – vdf) (5) 
 
Ou seja,a resistência para sedimentação da partícula é função da aceleração da 
gravidade, do volume da partícula e das densidades do fluido e da partícula. 
Segundo Stocks a resistência para escoamento de partículas esféricas em regime 
laminar é: 
R = 3πdVη (6) 
 
Onde: 
d: diâmetro da partícula 
V: velocidade de sedimentação 
η: viscosidade do meio/fluido 
 
Igualando (5) e (6) e considerando-se o volume da partícula igual o volume da esfera 
(4/3πr3) deriva-se a velocidade de sedimentação da partícula (7) segundo a Lei de 
Stocks. 
g(vdp – vdf) = 3πdVη 
 
V = d2 g (dp – df) / 18η (7) 
 
É importante salientar que, apesar de fornecer bom resultado para partículas 
irregulares, a Lei de Stocks considera a partícula tendo a forma esférica, o que não 
ocorre na prática. Além disso, aplica-se a sistemas diluídos (escoamento laminar), 
partículas de tamanho entre 1 µm a 50 µm e número de Reynolds menor que 0,2 (Re 
= Vdp/η). 
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A teoria de Newton é aplicada a partículas maiores que 500 µm em regime turbulento. 
De acordo com a Teoria de Newton a resistência aplicada ao movimento de 
sedimentação de uma partícula em meio fluido é: 
 
R = Q (π/2) df r2 V2 (8) 
 
Onde: 
Q: coeficiente de resistência 
R: raio da partícula 
 
Igualando (5) a (8), tem-se: 
 
g(vdp – vdf) = Q (π/2) df r2 V2 
 
V2 = 8 g r / 3 Q [(dp – df)/df] (9) 
 
Observe que há uma lacuna quando se trata de partículas entre 50 µm e 500 µm. 
 
Natureza das partículas, % de sólidos na suspensão, uso de reagentes e 
formado/dimensões do tanque de sedimentação são alguns fatores que interferem na 
velocidade de sedimentação das partículas. 
 
Partículas de formato esférico e maiores diâmetros têm maior facilidade na 
sedimentação. Polpas com maiores concentrações de sólidos apresentam partículas 
com velocidades de sedimentação diminuídas quando comparadas às partículas 
constituintes de polpas diluídas. Isso ocorre porque uma partícula interfere na 
sedimentação da outra devido a choques/colisões dentro do tanque de sedimentação. 
O uso de coagulantes e floculantes aceleram a sedimentação das partículas. O 
formato do tanque infere na sedimentação no sentido em que a existência de paredes 
e obstáculos no trajeto da partícula promove redução na taxa de sedimentação. Se a 
% de sólidos for alta é importante que o tanque tenha altura suficiente para que o 
processo de sedimentação ocorra livremente, evitando desaceleração das partículas 
no fundo do tanque (França e Massarani, 2004). 
 
Neste texto consideraremos a seguinte classificação para partículas finas, lamas e 
coloides: finos (100 µm a 10 µm), lamas (10 µm a 1 µm) e coloides (1 µm a 0,01 µm). 
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A teoria DLVO afirma que a influência de características elétricas é maior quanto 
menor o tamanho da partícula e considerando partículas coloidais as forças elétricas 
se sobressaem sobre a aceleração da gravidade. Isso significa que a sedimentação 
das partículas de uma suspensão coloidal em repouso pode não acontecer. 
 
A estabilidade dos sistemas coloidais é tratada pela teoria DLVO, desenvolvida na 
década de 40 por cientistas russos e holandeses, e baseia-se nas variações de 
energia que são observadas quando partículas sólidas em suspensão aproximam-se 
umas das outras. Apenas interações de Van de Waals (atrativa) e eletrostáticas 
(repulsiva) são consideradas. Após 50 anos de existência, a teoria DLVO “clássica” foi 
revista com a incorporação de forças estruturais (hidratação e hidrofóbica), sugeridas 
anteriormente por um de seus precursores Churaev e Derjaguim em 1985, resultando 
na teria DLVO estendida (extended DLVO theory ou X-DLVO). 
 
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4 Coagulação e Floculação 
 
Na indústria mineral coagulação e floculação são processos de aglomeração de 
partículas. Por terem o mesmo fim, formar agregados, muitas vezes essas palavras 
são utilizadas erroneamente como sinônimos ou confundidas entre si. 
 
Coagulação causa aderência entre partículas extremamente finas. Todas as partículas 
exercem forças de atração mútua conhecida como Forças de London-Van de Waals, a 
qual é significativa apenas em distância muito pequena. Se as partículas estão 
carregadas com mesma polaridade, ambas positivas ou ambas negativas, ocorre 
repulsão quando elas estão próximas entre si. As forças de repulsão não só previnem 
a coagulação como também a acomodação de partículas em um sistema passível de 
ocorrer sedimentação. Dependendo do tamanho das partículas, essa força por 
estabilizar uma suspensão por tempo indeterminado. 
 
Coagulantes são eletrólitos de carga oposta à das partículas, que atuam de maneira a 
neutralizar a carga superficial das mesmas. Sais inorgânicos têm sido amplamente 
utilizados nesta função, principalmente sais de Fe3+, Al3+ e Ca2+. Ácidos clorídricos ou 
sulfúricos também são utilizados como coagulantes, no caso das partículas estarem 
com carga superficial positiva. 
 
A coagulação ocorre quando o potencial zeta da suspensão é zero, ou seja, a 
natureza das partículas e espécies adsorvidas a elas é nula. Para entender potencial 
zeta é necessário o conhecimento prévio de dupla camada elétrica. 
 
Dupla camada elétrica pode ser definida como a distribuição de íons desde a 
superfície carregada até uma distância X na solução. Observe a figura 4.1. A 
superfície do sólido é negativa, desde modo cátions são atraídos eletrostaticamente 
pela superfície se adsorvendo especificamente no plano interno de Helmoltz (PIH) e 
não especificamente no plano externo de Helmoltz (PEH). Próximo ao plano externo 
de Helmoltz está o plano de cisalhamento, a partir desse ponto os íons não mais se 
adsorvem na superfície do sólido. A partir do plano de cisalhamento os íons se 
distribuem na solução de maneira a equilibrar o potencial chegando a valores 
próximos de zero (nulo). 
 
 
17 
 
 
 
Figura 4.1: Esquema da dupla camada elétrica. 
 
Coágulos são formados pela aproximação das partículas, diante disso, ele retém baixa 
quantidade de água e são agregados pequenos. Devido ao seu mecanismo de 
formação pode-se dizer que possuem maior estabilidade quando comparados aos 
flóculos. 
 
Flóculos são agregados formados através do processo de floculação. Nesse caso 
utilizam-se floculantes, polímeros orgânicos que agem como “pontes” entre as 
partículas, conforme mostra a figura 4.2. O flóculo é formado por um emaranhado de 
várias moléculas de polímeros adsorvidas em partículas minerais. Por consequencia, 
envolve a formação de agregados maiores com maior quantidade de água retida 
quando comparados aos coágulos. Além disso, os flóculos são menos estáveis que os 
coágulos. Os floculantes podem ser polímeros catiônicos, aniônicos ou não iônicos. 
 
 
Figura 4.2: Esquema de interação entre um floculante catiônico e partículas minerais 
iniciando a formação de um flóculo. 
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5 Espessamento 
 
O espessamento ocorre por sedimentação de partículas através da polpa. Alguns 
autores se referem ao espessador como um sedimentador utilizado em operações cujo 
interesse está no sólido. Os sedimentadores cujo interesse está no líquido clarificado 
são denominados clarificadores, esses equipamentos geram underflow com baixas % 
de sólidos. 
 
Os espessadores podem ser suspensos ou aterrados. De um modo geral os 
espessadores maiores que 50m de diâmetro (geralmente espessadores de lama) são 
aterrados, pois se utilizam do solo para sua sustentação, reduzindo seu custo. Uma 
desvantagem é o acesso às bombas e tubulações que ficam embaixo do equipamento. 
 
De um modo geral os espessadores são dimensionados a partir de experimentos 
denominados testes de sedimentação em proveta. A polpa é agitada para sua 
homogeneização dentro da proveta. A partir desse instante inicia-se o teste. No tempo 
zero a suspensão encontra-se homogênea e a concentração de sólidos é constante 
em todos os pontos da proveta. No tempot1 (figura 5.1) as partículas maiores 
começam a sedimentar e formar uma fina camada de sólidos no fundo da proveta 
configurando o início da zona ou região de compactação ou compressão. As partículas 
mais finas sedimentam mais lentamente dando origem a uma região intermediária 
denominada região de sedimentação por zona ou fase. Com a sedimentação das 
partículas inicia-se a formação da região de líquido clarificado ou região de 
clarificação. 
 
Região de compactação ou compressão
Região de sedimentação por zona ou fase
Região de líquido clarificado ou clarificação
 
Figura 5.1: Fase do teste de proveta mostrando as regiões formadas durante a 
sedimentação (adaptado de França e Massarani, 2004). 
 
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As condições sugeridas por Finch em que cada regime predomina estão apresentadas 
na figura 5.2. Na região de líquido clarificado ou apenas clarificação predomina a 
maior diluição da polpa, as partículas sedimentam-se mais livremente. Se houver 
colisão de partículas e elas formarem agregados tem-se clarificação de agregados. Se 
as partículas sedimentam-se livremente tem-se clarificação de partículas. A região de 
sedimentação por zona aparece como consequência do aumento na concentração de 
partículas na polpa e do aumento na tendência à formação de agregados. Nesse 
regime ocorre a formação de uma interface nítida entre a fase sólida em sedimentação 
e o sobrenadante. A região de compressão aparece em condições de % de sólidos 
ainda maiores. As estruturas formadas neste regime são rígidas o suficiente para 
suportar, mecanicamente, as camadas de sólidos superiores. 
 
 
Figura 5.2: Regimes de sedimentação (Valadão, 2009). 
 
5.1 Tipos de espessadores 
 
Espessadores são equipamentos largamente utilizados na indústria mineral para 
adensar polpas (seja para posterior utilização na usina ou transporte), recuperar água 
para reciclo industrial e recuperar sólidos ou solução em operações de lixiviação 
(processos hidrometalúrgicos). 
 
Existem diversos tipos de espessadores usados na indústria mineral. Eles diferem 
entre si pela geometria e forma de alimentação. Eles são equipamentos de alto custo 
de implantação, de grande volume que geralmente estão localizados fora da usina. 
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Geralmente a alimentação dos espessadores está entre 5% a 10% de sólidos e são 
desaguadas até 65% a 75% de sólidos. Esses valores dependem da capacidade de 
adensamento do equipamento e das bombas para manusear o underflow, material 
adensado. As bombas de diafragma ou centrífugas são usadas pelo engenheiro para 
controlar a vazão de underflow, uma das variáveis mais importantes na prática 
industrial. 
 
O espessador convencional contínuo é constituído de um tanque cilíndrico-cônico de 
concreto armado ou aço, sendo seu diâmetro muito maior que a altura. A alimentação 
é realizada no centro do equipamento. As partículas se sedimentam e são retiradas no 
fundo constituindo uma polpa com % de sólido superior à da alimentação (underflow). 
O líquido sobrenadante (overflow) transborda na calha que circunda a borda superior 
do tanque. A figura 5.3 esquematiza o espessador convencional. Esses equipamentos 
são equipados com mecanismos de raspagem (sistema de pás ou rake) para conduzir 
o underflow até o ponto de saída. O movimento do rake ocorre no fundo do 
espessador. Ele atua na zona de compressão, sua agitação é lenta para promover 
melhor acomodação das partículas favorecendo a estabilização da suspensão e a 
eliminação de bolsas de água e bolhas de ar. O espessador convencional apresenta 
as zonas de sedimentação da mesma maneira que ocorre no teste de proveta, com a 
diferença de que o underflow e o overflow são descarregados continuamente. 
 
O movimento do rake pode ser “travado” por algum objeto estranho que tenha caído 
dentro do espessador, por depósitos localizados de partículas ou por operação com 
altas % de sólidos. Nesses casos o torquímetro, que mede o torque de rotação, indica 
que os braços devem ser levantados até que o torque atinja valores seguros, em 
seguida o rake, sem parar o movimento, é abaixado lentamente até retornar à posição 
inicial. O torque excessivo deve ser evitado, pois pode danificar o eixo de rotação. 
 
 
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Figura 5.3: Esquema operacional de um espessador contínuo convencional (França e 
Massarani, 2004). 
 
O espessador possui um passadiço para permitir acesso ao mecanismo central de 
acionamento do rake e ajudar no suporte da tubulação de alimentação e do dispositivo 
de elevação do rake. Existem dois modelos, o tipo ponte (figura 5.4) e o tipo coluna 
(figura 5.5). No espessador tipo ponte o passadiço ocupa todo o diâmetro do 
espessador é aplicável a espessadores com diâmetro maiores que 25 m. No tipo 
coluna o passadiço ocupa apenas o raio do equipamento, aplicável a espessadores 
com diâmetro de até 30 m. Quando o espessador é muito grande ou há 
inconvenientes na construção do túnel sob o equipamento (para abrigar bombas e 
tubulação) a configuração caisson é uma boa alternativa. Nesse caso constrói-se uma 
estrutura de concreto armado, circular ou quadrada, no centro do espessador 
começando no fundo e indo até a superfície. Na parte inferior desta construção são 
instaladas bombas de underflow e no seu topo os mecanismos do espessador 
(Chaves et al., 2004) 
 
 
 
Figura 5.4: Espessador convencional tipo ponte. 
 
22 
 
 
 
Figura 5.5: Espessador convencional tipo coluna. 
 
O espessador de alta capacidade ou High Rate (figura 5.6) tem configuração e 
funcionamento semelhante ao espessador convencional. Eles se diferem pelo modo 
de alimentação realizado através do sistema feedwell (figura 5.7). Esse sistema 
permite melhor contato entre a solução de floculante e a polpa através de movimento 
contra corrente o que proporciona melhor mistura dos dois, ou seja, maior eficiência na 
ação do floculante. Por isso, considerando um mesmo tamanho o espessador High 
Rate tem maior taxa se comparado ao convencional. Alguns modelos deste tipo de 
espessador possuem placas inclinadas no interior do tanque que também favorecem o 
aumento da capacidade. 
 
 
 
 
 
23 
 
 
 
 
Figura 5.6: Esquema do espessador High Rate (Wills, 1992). 
 
 
Figura 5.7: Esquema do Feedwell (Chaves et al., 2004). 
 
O espessador High Density é similar ao High Rate, porém possui a parte cilíndrica 
mais alta, o que favorece a produção de underflow com % de sólidos maiores. 
 
O espessador de lamelas (figuras 5.8 a 5.10) também é considerado como espessador 
de alta capacidade. Eles se caracterizam por várias placas inclinadas, dispostas em 
paralelo formando canais. A partícula sedimenta até encontrar a superfície de uma 
placa e, a partir deste momento passa a se deslocar sobre a superfície da placa. A 
altura de sedimentação é reduzida drasticamente e a área de sedimentação 
aumentada. Esses dois fatores resultam na principal vantagem desse equipamento, a 
24 
 
economia de espaço. Outra vantagem dessa configuração é o controle sobre o tempo 
de sedimentação que é proporcional à altura, ou seja, ao espaço entre as placas. A 
polpa pode ser introduzida diretamente no compartimento de alimentação ou em 
câmara de mistura e floculação (França e Massarani, 2004). 
 
 
Figura 5.8: Espessador de lamelas. 
 
 
Figura 5.9: Esquema operacional do espessador de lamelas (França e Massarani, 
2004). 
 
 
Figura 5.10: Espessador de lamela de capacidade equivalente a um espessador 
convencional de 10 m. 
25 
 
França e Massarani (2004) discorrem sobre o modelo de alimentação submersa. Ele 
também é considerado um espessador de alta capacidade, sendo sua capacidade 
aumentada em até 10 vezes quando opera com suspensões floculadas e 30% quando 
opera com suspensões não floculadas. Nesse tipo de equipamento a alimentação é 
inserida dentro da região de compactação (na parte de baixo do espessador). Isso 
elimina a necessidade de sedimentaçãodas partículas e o líquido percola o leito 
ascencionalmente em direção à região de clarificação. Esse modelo de espessador é 
fabricado pela EIMCO. 
 
Entre as novas tecnologias desenvolvidas na área de separação sólido-líquido 
destaca-se o espessador de pasta. Dentro da parte cilíndrica do espessador de pasta 
existem alguns “cones” através dos quais o overflow atinge o ponto de saída, e de 
uma coluna central onde há recirculação de líquido (figura 5.11) (Valadão, 2009). 
Pasta pode ser definida como sistema coloidal que se apresenta como fluido 
homogêneo não apresentando drenagem significativa de água. As pastas podem ser 
bombeadas e utilizadas, de forma alternativa à barragem, como back fill (enchimento 
de aberturas de minas subterrâneas), misturadas a material estéril da mina para 
recomposição topográfica ou dispostas, ocupando menor volume, em áreas para 
disposição de estéril (Valadão, 2009). A desvantagem para esta opção é o 
bombeamento que deve ser realizado por bombas de deslocamento positivo, o que 
eleva muito o custo do projeto e sua entrega é demorada (caminho crítico do projeto). 
 
 
 
Figura 5.11: Espessador E-CAT (Valadão, 2009). 
 
26 
 
6 Filtragem 
 
 
Na indústria mineral a operação de filtragem, geralmente, ocorre depois do 
espessamento. Filtragem pode ser definida como a passagem de uma suspensão por 
um meio poroso de maneira que o líquido passa (filtrado) e os sólidos ficam retidos na 
superfície do meio poroso formando uma camada de material espessa denominada 
torta. 
 
A filtragem pode ocorrer pela ação da gravidade, vácuo, pressão externa, força 
centrífuga, vácuo e pressão em conjunto (hiperbárica). Existem vários tipos de filtro e 
cada um deles dispõe de um desses mecanismos para realizar a operação. Alguns 
modelos de filtros realizam filtragem por batelada, outros de modo contínuo (mais 
comum na indústria mineral). Para realizar a separação sólido líquido os filtros devem 
realizar as seguintes tarefas: suportar o meio poroso e a torta, transportar a torta do 
ponto de alimentação ao ponto de descarga, permitir a passagem do filtrado e 
conduzi-lo ao seu ponto de descarga, manter a pressão diferencial entre os dois lados 
do meio filtrante. Muitos modelos usados nas indústrias química e metalúrgica 
dispõem da função de lavagem da torta sobre o filtro. A lavagem da torta não é comum 
na indústria mineral, pois o alvo são os sólidos, diferentemente das operações onde o 
interesse está no filtrado que pode ser, por exemplo, um licor de metais lixiviados 
(Chaves et al., 2004). 
 
Os equipamentos utilizados na indústria mineral realizam o processo de filtragem em 
ciclos constituídos, de modo geral, por três etapas: 
 
1) Formação da torta: consiste na acumulação do meio na superfície do meio 
filtrante 
2) Secagem da torta: a água contida na torta é removida através do meio filtrante. 
3) Descarga: a torta desaguada é descarregada. 
 
Estas etapas constituem o ciclo de filtragem. Quando ocorre lavagem da torta ela 
também configura parte do ciclo de filtragem. Quanto menor o tempo do ciclo maior a 
produção, em contrapeso, menor a espessura da torta e maior sua umidade final. 
 
27 
 
Geralmente a polpa a ser filtrada possui % de sólidos superior a 60% e gera produtos 
com até 90% de sólidos. Os principais equipamentos utilizados na indústria mineral 
são filtros de discos, filtro horizontal de correia, filtro plano ou de mesa, filtro prensa e 
filtro de tambor. A seguir será dada uma breve descrição dos mesmos destacando 
suas diferenças. 
 
O filtro de disco (figura 6.11) é amplamente utilizado para filtragem de pellet feed. 
Também são utilizados para filtragem de alumina e carvão fino. Devido ao seu custo 
inferior em relação a outros modelos e a alta área de filtragem em relação à área de 
instalação é a primeira opção quando se projeta uma instalação de filtragem. 
 
Ele é constituído por uma sequência de discos unidos entre si por um eixo central que 
funciona de apoio e como condutor de vácuo e ar comprimido para cada disco (figura 
6.2). Os discos ficam parcialmente mergulhados em uma bacia que contém a polpa. 
Quanto maior a área de imersão, maior a eficiência do disco, por isso, geralmente, 
esses equipamentos trabalham com a bacia cheia ocorrendo rotineiramente 
transbordo da polpa que é recolhida e levada de volta à alimentação do filtro. Cada 
disco é composto por várias seções ou setores independentes, cobertos com a tela de 
filtragem, que se comunicam com as tubulações de vácuo e ar comprimido. Devido à 
sua configuração geométrica os filtros de discos possuem enorme área de filtragem 
por m2 de instalação. 
 
 
Figura 6.1: Filtro de disco BOKELA®. 
 
28 
 
Seção do disco 
instalada
Pontos de 
instalação 
das seções 
de cada disco
Região de 
descarga do 
sólido
Região de movimentação 
do disco para entrar e sair 
da bacia de polpa
Tubo 
central
 
 
Figura 6.2: Filtro de disco. 
 
O funcionamento do filtro de disco ocorre através do giro vertical dos discos que 
proporciona sua imersão e emersão cíclica. A formação da torta ocorre nas seções 
imersas dentro da bacia pela aspiração da polpa (vácuo). A polpa é formada, nas duas 
faces do disco. O filtrado passa através da tela para dentro do setor, posteriormente 
segue através de tubos secundários para o tubo central e finalmente para o sistema de 
descarga do filtrado. Após a formação da torta o disco emerge da bacia e inicia-se a 
desaguamento da mesma, ainda pela ação do vácuo. Após secagem ocorre a 
liberação da torta, simplesmente pela interrupção do vácuo que causa o 
desprendimento da torta da superfície da tela de filtragem ou, em alguns casos, pela 
aplicação de sopro. A torta cai nas calhas e é conduzida para o sistema de descarga 
do sólido. A figura 6.3 ilustra o processo de secagem no disco de filtro. 
 
Os filtros de disco são aplicados para filtragem de material fino ou que se mantem 
homogêneo, sem sedimentar, como pouca necessidade de energia mecânica. Por 
isso, o entupimento da tela de filtragem é mais crítico do que em outros modelos. Além 
disso, o filtro de disco não dispõe de etapa para lavagem da tela. O entupimento reduz 
a área de trabalho do filtro. 
 
 
 
29 
 
Nível da polpa
na bacia
 
 
Figura 6.3: Etapas de desaguamento no filtro de disco (Valadão, 2010). 
 
No caso do minério de ferro, a presença de limonita e argilas é bastante prejudicial. Na 
prática dispõe-se de algumas possibilidades para minimizar o entupimento das telas, 
por exemplo: (i) “sopro submerso”, sopro a baixa pressão no início do ciclo de 
filtragem, quando o filtro está entrando na bacia de polpa; (ii) uso de telas finlandesas, 
de material flexível, que estufam no tempo de sopragem para liberação da torta, 
abrindo as malhas do tecido e liberando as partículas ali incrustadas (Chaves, 2004). 
 
Filtro de disco: http://www.youtube.com/watch?v=ta0vRzEHMJ4 
 
O filtro horizontal de correia ou simplesmente filtro de correia (figura 6.4) é bastante 
utilizado no desaguamento sinter feed. O investimento de instalação é intermediário 
quando comparado a outros filtros, mas o custo operacional é elevado devido ao 
desgaste excessivo da tela. 
 
Esse filtro constitui-se de uma mesa coberta por um transportador de correia. A 
alimentação ocorre sobre uma das extremidades e na outra extremidade o material 
desaguado é descarregado. A tela de filtragem fica sobre a correia e o vácuo é 
aplicado abaixo da correia seccionando o filtrado. Esse modelo oferece opção de 
lavagem da torta por uma ou mais vezes. Como é aplicado a material heterogêneo 
(que se sedimenta rapidamente) ou grosseiro não apresenta como problema crítico a 
questão de entupimento da tela de filtragem, além disso permite a lavagem da tela 
quando ela passa por baixo da mesa, após o ponto de descarga do sólido e antes do 
ponto de alimentação.30 
 
Esse modelo tem capacidade para processar maiores vazões quando comparado a 
outros modelos. 
 
 
 
Figura 6.4: Filtro de correia. 
 
Descarga do filtro horizontal de correia: 
http://www.youtube.com/watch?v=PPibxolIaCA. 
Filtro horizontal na indústria de cana de açúcar (objetivo no filtrado): 
http://www.youtube.com/watch?v=n1BuHHNmT50. 
 
O filtro plano ou de mesa (figura 6.5 e 6.6) é constituído de uma mesa circular, que 
gira horizontalmente, onde a tela de filtragem é apoiada. Essa mesa é dividida em 
setores, como o disco do filtro de disco. O vácuo e o sopro de ar são aplicados por 
baixo da mesa. A alimentação por gravidade ocorre sobe a mesa, através de um 
distribuidor, e à medida que ela gira completa-se o ciclo de filtragem. A descarga do 
sólido ocorre através do movimento de um parafuso sem fim que o direciona para uma 
correia transportadora. O filtrado passa pela tela e é descarregado por baixo do 
equipamento. 
 
Esse modelo não permite lavagem da tela de filtragem e é indicado para material mais 
grosseiro e para polpas que não necessitam de tempo de secagem muito grande. 
Alguns modelos, por exemplo, do fabricante Bokela, permite lavagem da torta. O custo 
de implantação do filtro de mesa é superior aos demais modelos, porém o custo 
operacional é baixo. 
31 
 
 
Figura 6.5: Filtro de mesa (Chaves et al., 2004). 
 
 
 
Figura 6.6: filtro de mesa. 
 
Entre os modelos de filtro à vácuo empregados na indústria mineral, o filtro de tambor 
(Figura 6.7 e 6.8) é o mais antigo. Sua aplicação é semelhante à do filtro de disco de 
disco, porém o filtro de tambor é maior e mais caro. Sua vantagem é versatilidade. Por 
ser um equipamento versátil, em termos de carregamento de polpa (por cima - Top 
Feed Filters ou por baixo - bacia de polpa), descarga da torta e lavagem da tela, 
encontra aplicação em diversos seguimentos, por exemplo, Engenharia Sanitária. É 
indicado para filtragem de polpas “problemáticas” e/ou polpas que necessitam de 
lavagem da tela de filtragem. 
 
32 
 
 
Figura 6.7: Filtro de tambor. 
 
 
Figura 6.8: Filtro de tambor. 
 
Sua configuração é composta por um cilindro rotativo sobre o qual é apoiada a tela de 
filtragem. Durante o ciclo de filtragem o cilindro mergulha em um tanque de polpa e 
forma a torta por sucção (de modo semelhante ao filtro de disco). Posteriormente, a 
seção na qual a torta se formou emerge da bacia de polpa e outra seção imerge para 
dar continuidade à formação da torta. Após o momento de emersão inicia-se a 
secagem da torta. Em seguida o ciclo de filtragem é finalizado com a descarga da torta 
por sopro e/ou raspagem. Esse modelo permite lavagem do tecido filtrante. 
 
Filtro de tambor: https://www.youtube.com/watch?v=dTq39WcOv8Y 
 
O uso do filtro prensa não é tão difundido a indústria mineral. A maior utilização é no 
processamento de caulins, no qual também se utilizam filtros de tambor. A unidade da 
Votorantim Metais em Vazante que produz concentrado de zinco, calamina e willemita, 
também utiliza filtro prensa na operação de filtragem (figura 6.9). 
 
33 
 
 
Figura 6.9: Filtro prensa da Unidade Vazante / Votorantim Metais. 
 
Durante a operação as placas são aproximadas e fixadas nesta posição. A polpa é 
bombeada para dentro do filtro até completar o enchimento. Uma bomba (de pistão) 
exerce a pressurização do sistema. A pressão obriga o filtrado a atravessar as telas do 
filtro e escorrer pelos espaços existentes entre as placas. Finalizado o tempo de 
secagem da torta interrompe-se a pressurização do sistema e as placas são 
descarregadas individualmente, com auxílio de uma espátula de madeira. Sobre um 
transportador de correia. Após término, tampa-se o transportador, lavam-se as placas, 
individualmente, e reinicia-se o ciclo. 
 
Filtro prensa: http://www.youtube.com/watch?v=FDHnW7LZcIM 
 http://www.youtube.com/watch?v=7Uf8gkcLv2c 
 
O filtro de pensa da Laroux® (figura 6.10) traz algumas vantagens no controle 
operacional. Com as placas fechadas, bombeia-se a alimentação para os espaços 
entre elas até enchê-los completamente. Um pouco da água já será filtrada como 
resultado da pressão. Ainda com a placa pressurizada, um diafragma entre a placa 
superior e a tela é cheio com fluido hidráulico, comprimindo a torta. O filtrado é 
descarregado pela pressão aplicada, como no modelo tradicional de filtro prensa. O 
diafragma é recolhido e um fluxo de ar é soprado através da torta para desaguamento 
adicional. As placas são desunidas e a tela move para frente descarregando a torta. 
Metade das bandejas descarrega a torta para um lado e a outra metade para o outro 
lado do filtro. É possível realizar a lavagem da polpa para proporcionar maior 
recuperação do filtrado, quando ele é a substância de valor. 
 
34 
 
 
Figura 6.10: Filtro prensa Larox®. 
 
Filtro prensa: http://www.youtube.com/watch?v=OcCgUYezMeg 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
35 
 
7 Secagem 
A secagem é a última etapa do conjunto de operações da fase denominada 
acabamento, que engloba as operações de separação sólido líquido. É comum para 
alguns bens minerais como cimento e bauxito. Geralmente, a secagem ocorre antes 
do embarque para transporte do produto de modo a diminuir sua umidade e, 
consequentemente, o preço de transporte. 
 
Pode-se definir secagem como um processo de transferência de massa que resulta na 
remoção de água ou umidade de um material ou um fluxo de processo. Aplicações de 
secagem industrial usam processos de transferência de calor condutivo e/ou 
convectivo para reduzir a quantidade de compostos voláteis, sendo a matriz uma 
substância não volátil, como do caso de minério (não volátil) e água (volátil). 
 
Secador térmico rotativo é o tipo de equipamento mais utilizado para secagem na 
indústria mineral. Ele consiste de um cilindro rotativo relativamente longo que gira com 
velocidade até 25 rpm. Um cilindro possui uma leve inclinação para que os sólidos 
possam se deslocar até a extremidade de descarga por gravidade. Gases quentes são 
injetados e entram em contato contracorrente com o fluxo de minério. 
 
O aquecimento pode ser direto, pela passagem do gás em contato com o minério, ou 
indireto, por aquecimento no exterior do cilindro onde o minério está passando. O 
primeiro caso é mais comum, sendo o segundo usado quando o minério não pode 
entrar em contato com os gases que geram o aquecimento do sistema. A passagem 
do gás pode ser em contracorrente em relação ao sentido de deslocamento minério ou 
paralela ao deslocamento, mais comum devido ao menor custo energético. A 
passagem contracorrente pode chegar gerar produtos totalmente secos e a passagem 
paralela pode gerar produtos com até 1% de umidade. 2% de umidade é o valor típico 
atingido na maioria das operações de secagem na indústria mineral. Polpas secas são 
estocadas em locais fechados para evitar reabsorção de umidade. A figura 7.1 mostra 
o esquema do secador rotativo com fluxo de gás quente paralelo ao fluxo de minério. 
 
 
36 
 
 
Figura 7.1: Esquema do secador rotativo com fluxo de gás quente paralelo ao fluxo de 
minério (Wills, 1992). 
 
Secador rotativo: https://www.youtube.com/watch?v=lO4YTcoyU5o 
 
De um modo geral, todos os secadores dispõem de uma fonte de energia, 
mecanismos para alimentar o sistema de secagem, mecanismo de transferência de 
calor, mecanismo para que a alimentação e o produto final fluam livremente no 
secador, dispositivo para separar o produto de vapor. A empresa GEA Barr-Rosin 
produz algumas opções de secadores: secadores flash, leito fluidizado e rotativo. 
 
O secador flash é um sistema pneumático usado principalmente para secar produtos 
que requerem a remoção da umidade livre. A secagem ocorre em questão de 
segundos. O material úmido é disperso em um fluxo de ar (ou gás) aquecido que o 
transmite através de um duto de secagem. 
 
Osleitos fluidizados podem secar e resfriar minerais com o mínimo de abrasão do 
produto. Sua elevada eficiência térmica em estado fluidizado resulta em tempos mais 
curtos de secagem e resfriamento. Capacidades superiores a 120 toneladas/ hora são 
alcançadas. 
 
Os secadores rotativos são usados para a secagem, resfriamento, granulagem, 
revestimento e condicionamento de minerais. Seu design flexível e construção robusta 
mais simples resultam em uma operação confiável sob as mais árduas condições de 
instalações químicas. Capacidades acima de 300 toneladas/hora não são incomuns. A 
GEA Barr-Rosin projetou e fabricou diversos sistemas rotativos para fertilizantes. 
 
 
 
 
 
37 
 
8 Bibliografia 
 
França, S. C. A.; Massarani, G. Separação Sólido-Líquido. In: LUZ, A. B.; SAMPAIO, 
J. A.; ALMEIDA, S. L. M. Tratamento de Minérios. 4ª edição revisada. Rio de Janeiro: 
CETEM-MCT, 2004. Cap. 14 , p.571-609. 
 
Chaves et al., 2004: Teoria e Prática no Tratamento de Minérios. Volume 2. 
 
Galery et al., 2007: capítulo 4: Separação por Tamanho. Introdução ao Tratamento de 
minérios. 
 
Valadão, G. E. S. Separação Sólido Líquido: Apostila de aula. Disciplina Separação 
Sólido Líquido. Programa de Pós Graduação em Engenharia Metalúrgica e de Minas. 
UFMG. 2010. 
 
<http://www.barr-rosin.com/pt/aplicacoes/mineracao_minerais_industriais.asp> acesso 
em 22/02/2013. 
 
<http://pt.weirminerals.com> acesso em 24/08/12.