Separação por meio denso

Report
Procesamiento de minerales I
Separação por meio denso
Maria Luiza Souza
Montevideo – Porto Alegre
12-16 Agosto 2013
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
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Capítulo 11 – Separação por meio denso
Introdução
É considerado o método gravimétrico de maior precisão de corte e por essa
razão tem ampla utilização.
O princípio é usar um meio de separação (líquido ou suspensão) de densidade
conhecida e controlada, que seja intermediária com relação à densidade dos
minerais que serão separados. A faixa granulométrica usual para a aplicação
do processo está entre 0,5 mm e 300 mm, dependendo do equipamento de
separação que será utilizado.
O mineral mais leve flutua e o mais pesado
afunda, produzindo dois produtos. O princípio
está ilustrado ao lado esquerdo.
Alimentação
Flutuado:
minerais
com s<2,8
Meio denso
m= 2,8
Afundado:
minerais
com s>2,8
- Flutuado é a corrente com os sólidos leves,
com peso específico (s) menor que o peso
específico do meio de separação (m) .
- Afundado é a corrente com os sólidos pesados,
com peso específico (s) maior que o peso
específico do meio de separação (m).
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Capítulo 11 – Separação por meio denso
Tipo de meio denso usado na separação
- líquidos orgânicos
- soluções salinas
- suspensão de sólidos de alta densidade
- meios densos autógenos
Líquidos orgânicos e soluções salinas são usados em laboratório. Seu uso
principal é na caracterização (análise ou fracionamento) densimétrica.
Suspensão de sólidos de alta densidade são muito usadas na indústria.
Meio denso autógeno: é o meio criado no interior dos ciclones autógenos, onde
ocorre acúmulo de material dentro do equipamento a ponto de gerar um meio
denso (o projeto do equipamento é projetado para dificultar a descarga do
underflow). Usado para separar carvão fino de pirita e na concentração de ouro.
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Capítulo 11 – Separação por meio denso
Alguns líquidos orgânicos usados em laboratório
Nome
Densidade
Di-iodometano
3,31
Tetrabromoetano
2,96
Bromofórmio
2,89
Tetracloreto de
carbono (solvente)
1,58
Vantagens
Secam rápido.
São líquidos
homogêneos.
Por diluição com
solventes
adequados
cobrem amplo
intervalo de
densidades.
Não reagem com
o sólido.
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Desvantagens
Muito Tóxicos.
Odor é
desagradável.
Máscara
respiratória
para operador e
sistema de
extração de
vapor são
mandatórios.
São caros.
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Capítulo 11 – Separação por meio denso
Soluções de sais inorgânicos para uso em laboratório
Produto
Densidade
Brometo de zinco
2,3
Cloreto de zinco
1,9
Cloreto de césio
1,8
Cloreto de sódio
1,2
Vantagens
Desvantagens
Prejudicial ao
contacto com a
Muito mais
pele. Corrosivas.
baratas que
Reagem com
líquidos
carvão: podem
orgânicos.
lixiviar algum
Formam
componente e/ou
soluções
homogêneas de ter efeito
baixa toxidade desengordurante.
Deve-se cuidar a
e de mais fácil
viscosidade da
manipulação.
solução.
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Capítulo 11 – Separação por meio denso
Suspensões de sólidos de alta densidade para uso na indústria
Produto
Densidade
Vantagens
Desvantagens
Ferrossilício (15% Si)
3,8
Galena
3,3
Magnetita
2,4
Quartzo (areia)
1,3
São os meios
usados na
indústria. São
baratos e
podem ser
usadas em
laboratórios
para partículas
maiores que 10
mm.
Trata-se de
partículas sólidas
finas (mas
pesadas)
suspensas em
água, portanto a
suspensão requer
constante agitação
para sua
estabilidade.
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Capítulo 11 – Separação por meio denso
Suspensões
Os meios densos artificiais, constituídos de uma suspensão aquosa de partículas muito finas de
elevada densidade, são os mais usados industrialmente.
O intervalo para separação varia entre 1,35 g/cm3 até 3,7 g/cm3 e em todo o intervalo de densidade é
preciso manter a suspensão estável. Ainda, é preciso encontrar um ponto de equilíbrio entre a
densidade da suspensão, sua concentração volumétrica e sua distribuição granulométrica (D.G.). A
razão disto é que a suspensão deve apresentar uma viscosidade que não prejudique a separação.
Para cada um dos sólidos mostrados no slide anterior, existe o que chamamos de concentração
volumétrica crítica, até a qual a suspensão apresenta um escoamento livre e se comporta como um
líquido newtoniano. Acima desta concentração crítica, a viscosidade aumenta rapidamente com o
aumento da percentagem de sólidos, até cerca de 45% de sólidos em volume e a suspensão se
comporta como um fluído de Bingham. Concentrações acima de 45% impossibilitam a separação.
O tamanho das partículas exerce influência acentuada na relação entre a viscosidade da suspensão e a
sua densidade. Para uma dada densidade, quanto maior o tamanho de partícula menor será a
viscosidade da suspensão. Por outro lado, a estabilidade da suspensão está relacionada tanto ao
conteúdo dos sólidos como ao seu formato e à sua distribuição de tamanhos. Quanto mais finas as
partículas que compõem a suspensão, mais estável esta será. E, ainda, mais fino o mineral que poderá
ser separado. A viscosidade do meio denso é afetada pela presença de finos (ou lamas) do mineral. Por
esta razão finos devem ser “cortados” da alimentação de um meio denso. Para carvão, o tamanho
mínimo, na corrente de alimentação a um meio denso, é de cerca de 32# Tyler (0,5 mm).
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Capítulo 11 – Separação por meio denso
Suspensões
Além da alta densidade, os sólidos que compõem um meio denso devem apresentar as
seguintes propriedades.
- Dureza adequada, pois não devem ter tendência a formar lamas (finos), pois isto aumentaria a
viscosidade do meio. Mas também não podem ter uma dureza muito alta pois isto provocaria
um desgaste excessivo nos equipamentos.
- O meio deve ser facilmente removível, por lavagem, da superfície dos minerais que serão
beneficiados; não deve ser corrosivo e não pode reagir quimicamente com os minerais.
- é aconselhável a utilização de materiais com grãos arredondados, visto que os grãos angulosos
diminuem a fluidez do meio e se degradam com mais facilidade.
- O meio deve ser fácil descontaminação e recuperação.
Inicialmente usou-se galena pura como meio denso, pois pode formar um meio denso com
densidade próxima de 4,0. Acima deste nível a viscosidade do meio torna-se muito alta, o que
dificulta a separação. A flotação, que é um processo caro, era o meio usado para descontaminar
e regenerar o meio contaminado. Mas a maior desvantagem é que a galena é relativamente
macia e ainda apresenta a tendência a sofrer oxidação, o que diminui bastante a eficiência da
flotação.
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Capítulo 11 – Separação por meio denso
Suspensões
Atualmente, o ferrossilício é o material mais empregado para meios densos usados
na separação de minerais metálicos, devido a alta densidade possível de ser obtida.
O material é uma liga de ferro e silício com pequena quantidade de carbono, com
peso específico entre 6,7 e 6,9 g/cm3. É indicado para meios com densidade de
separação entre 2,5 e 4,0 g/cm3. Há dois tipos de ferrossilício: o moído e o
atomizado. O ferrossilício moído é mais barato, mas tem partículas irregulares e
com distribuição de tamanho variável. Usado para separações entre 2,7 e 2,9
g/cm3. O material atomizado tem partículas esféricas e distribuição granulométrica
mais controlada, levando a um melhor comportamento hidráulico das partículas
quando em suspensão. Usado para separações entre 2,9 e 3,6 g/cm3. Exemplos:
diamante e mineral de manganês.
A magnetita, com peso específico entre 5,0 e 5,5 g/cm3, é o meio denso mais usado
no beneficiamento de carvão e a quantidade mínima de magnetita é de 4 a 5 t por
tonelada de carvão alimentada. O meio denso obtido atinge densidade máxima de
1,85 g/cm3.
Tanto o ferrossilício quanto a magnetita são recuperados por separação magnética.
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Capítulo 11 – Separação por meio denso
Equipamentos
A separação em meio denso é dividida em dois métodos básicos de separação: o "estático" e o
dinâmico.
A separação "estática" é feita em suspensões onde atuam somente forças gravitacionais, o que
não implica que os equipamentos usados não possuam partes móveis, o necessário para prover a
estabilidade do meio denso.
A separação dinâmica é caracterizada pelo uso de separadores que empregam forças centrífugas,
cerca de 20 vezes, ou mais, que a força da gravidade atuante na separação estática, que são os
chamados separadores centrífugos. Na verdade, os equipamentos de separação em meio denso
têm de prover duas funções que são independentes:
- manter o meio denso sob agitação constante ou as partículas sólidas decantam.
- remover o flutuado e o afundado da zona de separação, no interior do aparelho.
Ainda é necessário recuperar e reciclar o meio denso.
As mais diferentes soluções encontradas pelos fabricantes, levaram a uma grande variedade de
equipamentos, os quais são divididos nos dois tipos principais já citados: os estáticos e os
dinâmicos.
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Capítulo 11 – Separação por meio denso
Usado para carvão e minérios no intervalo granulométrico entre 300 mm
(12") a 6 mm (1/4"). Capacidade de processamento para carvão: até cerca
de 1000 stph.
Figura 1- Tambor de meio denso (estático).
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Capítulo 11 – Separação por meio denso
O funcionamento de um ciclone a meio denso é similar ao de um ciclone de
classificação. A geometria é diferente e o tipo mais difundido é o da DSM (com
um ângulo interno de 20o).
Usado para carvão e minérios no intervalo granulométrico entre 50 mm (2") a
0,5 mm (28#). Tamanhos desde 350 mm, sendo que os maiores possuem mais
de um metro de diâmetro e capacidade aproximada de 250 t/h (para carvão).
Figura 2- Ciclones a meio denso (dinâmico).
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Capítulo 11 – Separação por meio denso
10% do meio denso
90%
O DWP é usado para tratar carvões e
minérios, na faixa de 15 a 0,5 mm.
Cerca de 90% do meio denso é
alimentada, por bombeamento, na
parte lateral e inferior do cilindro; o
restante entra junto com a
alimentação, para auxiliar a entrada da
mesma no equipamento. O cilindro
opera inclinado, em relação a
horizontal: 25o para minérios e 15o
para carvão.
É usado para diamante, bauxita
refratária, fluorita, manganês ,etc.
Figura 3- Separador Dynawhirlpool (dinâmico).
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Capítulo 11 – Separação por meio denso
É um separador de dois estágios e
resulta na obtenção de três produtos:
concentrado, misto e rejeito. O misto
obtido, dependendo da situação, pode
ser cominuído, deslamado e retornar
ao mesmo circuito, ou ser tratado
separado. No tratamento de minerais
metálicos, o segundo estágio de
separação funciona como etapa
scavenger, aumentando assim a
recuperação global no circuito. O
segundo produto (concentrado
scavenger) pode ser, ainda, rebritado
e, após deslamagem, retornar
também ao circuito.
Figura 4- Separador Tri-Flo (dinâmico).
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Capítulo 11 – Separação por meio denso
O ciclone autógeno, (water only cyclone) – mostrado abaixo em azul - foi projetado para minimizar
o efeito do tamanho e maximizar a influência da densidade das partículas. Comparado com o
ciclone classificador (abaixo no canto direito), o autógeno apresenta a porção cônica mais curta (o
ângulo de cone no ciclone classificador é de 12o a 20o, no ciclone autógeno é de 60o e no ciclone de
fundo chato é de 0o). Esta diminuição do ângulo dificulta a descarga das partículas que rumam para o
underflow. Estas partículas são pesadas demais para serem arrastadas pelo vórtice ascendente e se
acumulam dentro do ciclone. Acabam por construir um “manto” de densidade elevada que permanece no
interior do ciclone. A classificação por tamanho é minimizada, e apenas partículas muito pesadas poderão
atravessar essa zona de elevada densidade e sair pelo underflow. Deste modo a separação deixa de ser
por tamanhos e se torna densitária.
Ciclone
autógeno
Ciclone
classificador
Figura 5- Esquema de funcionamento do ciclone autógeno.
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Capítulo 11 – Separação por meio denso
Operações Auxiliares na separação por meio denso
Diferente da maioria das operações de concentração, a separação em
meio denso envolve mais de um processo unitário e várias operações
são necessárias para o sistema operar de forma econômica e eficiente.
1. Preparação da alimentação.
2. Alimentação do mineral e do meio.
3. Separação dos leves dos pesados, isto é, a separação em meio denso
propriamente dita.
4. Recuperação dos produtos: o afundado (pesado) e o flutuado (leve).
5. Recuperação do meio denso.
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Capítulo 11 – Separação por meio denso
Comentários
A alimentação deve ser peneirada para a remoção de finos e lamas antes de alimentar o
separador. A eliminação de finos e lamas é condição sine qua non para a operação ocorrer
de forma eficiente.
A alimentação deve ser molhada de modo cuidadoso para evitar que bolhas de ar aderidas
a alguma partícula alterem a sua densidade. Em seguida, é adicionado uma parte do meio
denso para ambientar o mineral a separar com o meio denso que efetuará a separação.
Após a separação, os dois produtos (flutuado e afundado) saem recobertos com água e
partículas do meio denso. É necessário desaguar os produtos e recuperar o sólido pesado
que forma o meio denso. As razões destes procedimentos são: o sólido é caro e deve ser
recuperado para uso posterior, além disso ele é um contaminante que prejudica a qualidade
do concentrado se não for removido de modo adequado.
Quando o meio é formado por ferrossilício ou magnetita - ambos são magnéticos – o
desaguamento ocorre em separadores magnéticos de tambor. Esta operação é chamada de
regeneração do meio denso, pois, além de adensar o meio, elimina lamas, finos de mineral
e partículas finas resultantes de corrosão ou de degradação de tamanho do meio denso.
Quando se usa galena, esta é recuperada por flotação e quando se usa outros meios não magnéticos – utilizam-se espessadores, cones desaguadores, classificadores, etc.
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Capítulo 11 – Separação por meio denso
Esta figura mostra a configuração típica
de um circuito com meio denso
magnético (magnetita ou ferrossilício).
Figura 6- Esquema típico de um circuito de meio denso.
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